EP3636879B1

EP3636879B1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: EP3636879B1
Application number: EP19210270.5A
Authority: EP
Inventors: Sebastian Oberbeck
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: EP3636879A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe umfassend: einen Pumpraum, in dem mittels eines Pumpkörpers ein zu förderndes Gas von einem Einlass zu einem Auslass förderbar ist; einen ersten Kanal, der in den Pumpraum mündet, zum Zuführen eines Ballastgases in den Pumpraum, und einen zweiten Kanal, der in den Pumpraum mündet, zum Zuführen eines weiteren, insbesondere vom zu fördernden Gas verschiedenen, Gases in den Pumpraum. Derartige Vakuumpumpen sind etwa in der US 2005/0163632 A1 und der EP3 483 448 A1 offenbart.
Bei gängigen, insbesondere einstufigen, Drehschieberpumpen ist eine Geräuschdämpfungseinrichtung vorgesehen, durch die Luft mit atmosphärischem Druck über einen Kanal, der eine Verengung, insbesondere eine Düse, zur Volumenstromregulierung enthält, zum Pumpraum der Pumpe geführt wird. Ein weiterer Kanal führt ebenfalls Luft oder Gas als Gasballast, z.B. zur Erhöhung der Wasserdampfkapazität, in den Pumpraum.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung einer Vakuumpumpe der eingangs genannten Art zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Kanäle eine gemeinsame Mündung in den Pumpraum aufweisen.
Es muss somit nur eine Mündung hergestellt werden, wodurch sich Bohrungsvorgänge einsparen lassen. Die Herstellung wird hierdurch vereinfacht und kostengünstiger.
Außerdem hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäße Pumpe in bestimmten Betriebszuständen leiser arbeitet. Dies wird dadurch erklärt, dass das Ballastgas durch den zweiten Kanal entweichen kann, wenn der Druck des Ballastgases zu groß ist. So wird ein unerwünschter Überdruck im Pumpraum verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kanäle einen gemeinsamen Kanalabschnitt aufweisen. Hierdurch wird die Herstellung weiter vereinfacht, da weitere Bohrungsvorgänge eingespart werden können.
Der gemeinsame Kanalabschnitt kann beispielsweise einen Mündungskanalabschnitt umfassen, der beispielsweise quer, insbesondere senkrecht, zu wenigstens einem eigenen Kanalabschnitt eines der Kanäle und/oder zu einem anderen Abschnitt des gemeinsamen Kanalabschnitts, insbesondere einem längeren Abschnitt oder einem Hauptabschnitt, angeordnet ist. Der Mündungskanalabschnitt kann zum Beispiel durch eine Bohrung definiert sein, wobei insbesondere der andere Abschnitt des gemeinsamen Kanalabschnitts durch eine zu dieser Bohrung quer verlaufende Bohrung definiert ist. Der Mündungskanalabschnitt kann generell beispielsweise zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des Pumpkörpers verlaufen.
Bei einer weiteren Ausführungsform mit besonders einfacher Herstellung ist vorgesehen, dass ein eigener Kanalabschnitt wenigstens eines der Kanäle und der gemeinsame Kanalabschnitt jeweils zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen in einer Ebene verlaufen. Generell können beide Kanäle einen eigenen Kanalabschnitt aufweisen, insbesondere wobei die eigenen Kanalabschnitte zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen in einer Ebene verlaufen. Bevorzugt verlaufen sowohl die eigenen Kanalabschnitte als auch der gemeinsame Kanalabschnitt zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen in einer Ebene. Generell bevorzugt können die Kanalabschnitte bei jeder der dargestellten Kombinationen, insbesondere zumindest soweit sie in einem gemeinsamen Bauteil definiert sind, vollständig in einer Ebene verlaufen.
Bevorzugt kann wenigstens ein Kanalabschnitt, insbesondere wenigstens ein eigener Kanalabschnitt und/oder ein gemeinsamer Kanalabschnitt, quer, insbesondere senkrecht, zu einer Rotorachse des Pumpkörpers verlaufen. Dies stellt eine in Bezug auf den Bauraum besonders platzsparende Lösung dar.
Grundsätzlich kann der erste Kanal und/oder der zweite Kanal zumindest abschnittsweise durch eine Bohrung definiert sein.
Bei einer Weiterbildung ist ein eigener Kanalabschnitt eines der Kanäle durch eine Bohrung definiert. Dabei kann insbesondere der gemeinsame Kanalabschnitt zumindest teilweise ebenfalls durch diese Bohrung definiert sein. Hierdurch kann die Herstellung weiter vereinfacht werden. Vorzugsweise kann der erste Kanal durch die Bohrung definiert sein, die den gemeinsamen Kanalabschnitt definiert.
Ein eigener Kanalabschnitt des anderen Kanals kann beispielsweise in die Bohrung münden, insbesondere in diejenige, die den gemeinsamen Kanalabschnitt definiert. Dabei oder grundsätzlich, d.h. unabhängig von der vorstehenden Ausführungsform, kann der eigene Kanalabschnitt des anderen Kanals selbst durch eine Bohrung definiert sein, die beispielsweise quer zur Bohrung des gemeinsamen Kanalabschnitts verläuft.
Die gemeinsame Mündung kann gemäß einem vorteilhaften Beispiel in einem Strukturbauteil, einem Gehäusebauteil, einem Bauteil, welches ein Lagerelement für den Pumpkörper trägt, und/oder in einem den Pumpraum in Bezug auf eine Rotationsachse des Pumpkörpers axial und/oder radial begrenzenden Bauteil definiert sein. Grundsätzlich kann das Bauteil, in dem die Mündung definiert ist, auch mehrere oder alle diese Merkmale erfüllen. Z.B. kann das Bauteil ein sogenannter Lagerschild sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens ein Kanalabschnitt in einem Strukturbauteil, einem Gehäusebauteil, einem Bauteil, welches ein Lagerelement für den Pumpkörper trägt, und/oder in einem den Pumpraum in Bezug auf eine Rotationsachse des Pumpkörpers axial und/oder radial begrenzenden Bauteil definiert ist. In dem Bauteil kann insbesondere ein eigener Kanalabschnitt des ersten Kanals, ein eigener Kanalabschnitt des zweiten Kanals und/oder ein gemeinsamer Kanalabschnitt definiert sein.
Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn eigene Kanalabschnitte der beiden Kanäle in demselben Bauteil definiert sind. Dies stellt eine fertigungstechnisch einfache Lösung dar. Vorzugsweise kann auch ein gemeinsamer Kanalabschnitt in diesem Bauteil definiert sein. Hierdurch wird der Herstellungsprozess noch weiter vereinfacht.
Beispielsweise kann wenigstens einer der Kanäle, insbesondere in oder an einem eigenen Kanalabschnitt, ein Ventil zum Steuern des Gaseinlasses in den Kanal aufweisen. Für den ersten Kanal kann beispielsweise ein Gasballastventil vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann der zweite Kanal bevorzugt zum Einlassen des weiteren Gases zwecks Geräuschdämpfung vorgesehen sein. Das weitere Gas kann beispielsweise Luft sein, insbesondere Umgebungsluft und/oder atmosphärischen Druck aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass am oder im eigenen Kanalabschnitt zumindest eines der Kanäle, insbesondere des zweiten Kanals, eine Verengung und/oder eine Düse vorgesehen ist. Somit kann die Menge des durch den betreffenden, insbesondere zweiten, Kanal zugeführten Gases auf einfache Weise reguliert werden.
Bei der Vakuumpumpe kann es sich beispielsweise um eine Rotationsverdrängervakuumpumpe handeln. Besonders bevorzugt ist die Vakuumpumpe eine Drehschiebervakuumpumpe, vorzugsweise eine ölgeschmierte Drehschiebervakuumpumpe. Insbesondere kann der Pumpkörper durch eine Rotorwelle und insbesondere wenigstens einen Drehschieber gebildet sein. Die Vakuumpumpe kann einstufig oder mehrstufig, beispielsweise zweistufig, ausgebildet sein.
Als Ballastgas kann zum Beispiel ein Inertgas oder beispielsweise auch Luft vorgesehen sein. Im Betrieb ist es unter bestimmten Umständen erforderlich, zusätzliches Gas, hier allgemein als Ballastgas bezeichnet, als Schleppgas, Spülgas oder Sperrgas in den Pumpraum einzuführen. Beispielsweise wird bei der Förderung von korrosiven Gasen Ballastgas in der Form eines inerten Sperrgases in den Pumpraum eingeführt, um empfindliche Bauteile der Vakuumpumpe zu schützen. Das Ballastgas kann auch zur Kühlung eingesetzt werden, beispielsweise bei einer durch eine Verschiebung des Betriebspunkts erfolgten Erwärmung der Vakuumpumpe. Sogenanntes Schleppgas wird eingeleitet, um besonders leichte Gase wie Wasserstoff oder Helium besser pumpen zu können. Schleppgas kann auch genutzt werden, um unerwünschte Ansammlungen, z.B. Kondensation von flüssigen Stoffen oder Ablagerungen von festen Stoffen innerhalb des Pumpsystems in Richtung eines Auslasses der Vakuumpumpe zu transportieren. Nach dem Abschalten der Vakuumpumpe kann Ballastgas als Spülgas eingebracht werden, um eine Kondensation von, insbesondere korrosiven, Gasen im Pumpraum zu verhindern. Als Ballastgas kommt für diese Anwendung beispielweise Stickstoff infrage.
Weitere Anwendungsbereiche betreffen die Verdünnung eines gepumpten gasförmigen Mediums ("Passivbeigabe"), um beispielsweise eine zündfähige Gaskonzentration zu vermeiden, die durch eine Kompression des Mediums während des Pumpvorgangs in verschiedenen Stellen im Pumpsystem entstehen kann. Dagegen wird das gepumpte Medium bei einer "Aktivbeigabe" zu einer unschädlicheren Art verändert, wobei beispielsweise durch Beigabe von geeigneten Reaktionspartnern bzw. Katalysatoren korrosive oder auf eine andere Art schädliche Bestandteile des gepumpten Mediums ausgefällt und entfernt werden können.
Die Zufuhr von Ballastgas in den Pumpraum wird beispielsweise durch ein Ventil gesteuert, dessen Einlassöffnung mittels eines Verbindungsschlauches mit einem Ballastgasbehälter verbunden ist und dessen Auslassöffnung mit dem Pumpraum in Verbindung steht.
Die gemeinsame Mündung ist bevorzugt in einem Bereich des Pumpraums angeordnet, in dem ein im Betrieb höherer Druck als am Einlass herrscht. Insbesondere kann die gemeinsame Mündung in einem Bereich des Pumpraums mit einem Druck zwischen 50 und 300 mbar im Betrieb angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft grundsätzlich auch ein System umfassend eine Vakuumpumpe nach vorstehend beschriebener Art, wobei eine Ballastgas-Zuführeinrichtung an den ersten Kanal angeschlossen ist und ein Lufteinlass am zweiten Kanal vorgesehen oder angeschlossen ist. Dieses System wird hier zum Beispiel zum Zwecke einer späteren Beanspruchung offenbart. Es versteht sich, dass das System im Sinne der hier bezüglich der Vakuumpumpe beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen vorteilhaft weitergebildet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung erläutert.

Fig. 1: zeigt eine beispielhafte Vakuumpumpe.
Fig. 2: zeigt die Vakuumpumpe der Fig. 1 in einer Schnittansicht.
Fig. 3: zeigt die Vakuumpumpe der Fig. 1 in einer weiteren Schnittansicht.
Fig. 4: zeigt die Vakuumpumpe der Fig. 1 in einer weiteren Schnittansicht.

In Fig. 1 ist eine Vakuumpumpe 10 in einer Seitenansicht gezeigt. Die Vakuumpumpe 10 ist als Drehschiebervakuumpumpe ausgebildet und ist dazu eingerichtet, ein zu förderndes Gas von einem Einlass 12 zu einem in Fig. 1 nicht dargestellten Auslass zu fördern.
Die Vakuumpumpe 10 umfasst ein Gehäusebauteil 14, in dem die pumpaktiven Komponenten der Pumpe untergebracht sind. Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, die eine Schnittansicht der Vakuumpumpe 10 mit Schnittebene im Bereich des Einlasses 12 zeigt. Im Gehäusebauteil 14 ist insbesondere eine Rotorwelle 16 mit verschieblich an der Rotorwelle 16 gelagerten Drehschiebern 18 angeordnet, die zur Rotation in einem Pumpraum 20 vorgesehen sind und bei Drehung der Rotorwelle 16 das zu fördernde Gas vom Einlass 12 zu einem Auslass 22 fördern. Der im Pumpraum 20 angeordnete Teilabschnitt der Rotorwelle 16 bildet zusammen mit den Drehschiebern 18 einen Pumpkörper der Pumpe 10.
In Fig. 3 ist die Vakuumpumpe 10 in einer Schnittansicht gezeigt, wobei die Schnittebene in Fig. 1 durch die Linie A-A angedeutet ist. Dabei ist insbesondere die Rotorwelle 16 sichtbar, wie sie im Gehäusebauteil 14 gelagert ist. Die Schnittebene verläuft durch eine den Pumpraum 20 axial begrenzende Wand 21 des Gehäusebauteils 14, weshalb der Pumpraum 20 hier nicht sichtbar ist. Die Rotorwelle 16 ist an dieser Wand 21 mittels eines Lagerelements 23, hier ein Gleitlager, gelagert.
Die Vakuumpumpe 10 umfasst ein Gasballastventil 24, welches zum Anschluss an eine Ballastgas-Zuführeinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise ein Ballastgasbehälter, vorgesehen ist. Außerdem umfasst die Vakuumpumpe 10 einen Anschluss 26 zum Einlassen von Luft, vorzugsweise zwecks Geräuschdämpfung. Sowohl das Ballastgas als auch die Luft zur Geräuschdämpfung werden dem Pumpraum 20 zugeführt.
Zu diesem Zweck sind ein erster und ein zweiter Kanal vorgesehen, nämlich jeweils vom Gasballastventil 24 bzw. vom Anschluss 26 zum Pumpraum 20. Die Kanäle weisen eine gemeinsame Mündung 28 in den Pumpraum 20 auf.
Der erste Kanal verläuft vom Gasballastventil 24 zur Mündung 28 und umfasst einen eigenen Kanalabschnitt 30 und einen gemeinsamen Kanalabschnitt 32. Der zweite Kanal verläuft vom Anschluss 26 zur Mündung 28 und umfasst einen eigenen Kanalabschnitt 34 und den gemeinsamen Kanalabschnitt 32.
In dieser Ausführungsform sind alle Kanalabschnitte als Bohrungen ausgebildet, die in das Gehäusebauteil 14 bzw. in die den Pumpraum 20 axial begrenzende Wand 21 eingebracht sind. Der eigene Kanalabschnitt 30 des ersten Kanals und der gemeinsame Kanalabschnitt 32 sind hier durch dieselbe Bohrung gebildet, wobei ein erster Längsabschnitt der Bohrung den Kanalabschnitt 30 und ein zweiter Längsabschnitt der Bohrung den Kanalabschnitt 32 bildet. Der eigene Kanalabschnitt 34 des zweiten Kanals ist als weitere Bohrung ausgebildet, die quer zur ersten Bohrung verläuft und in diese hineinmündet. Die beiden Bohrungen liegen in diesem Beispiel in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse der Rotorwelle 16 verläuft.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittansicht der Vakuumpumpe 10 der Fig. 1, wobei die Schnittebene entlang einer in Fig. 1 angedeuteten Linie B-B verläuft. Dabei sind insbesondere ein Querschnitt des gemeinsamen Kanalabschnitts 32 und die gemeinsame Mündung 28 in den Pumpraum 20 sichtbar. Die Mündung 28 ist mit dem gemeinsamen Kanalabschnitt 32 über einen Mündungskanalabschnitt 36 verbunden, der ebenfalls als Bohrung ausgebildet ist. Der Mündungskanalabschnitt 36 verläuft quer zum gemeinsamen Kanalabschnitt 32 und hier insbesondere parallel zur Rotorwelle 16.
Wie es insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, ist die den Pumpraum 20 axial begrenzende Wand 21 einteilig mit dem Gehäusebauteil 14 ausgebildet. Alternativ wäre beispielsweise auch eine separate Ausführung möglich.
In der gezeigten Ausführungsform sind folglich die gemeinsame Mündung 28 und die eigenen und gemeinsamen Kanalabschnitte 30, 32, 34 in einem Bauteil definiert, welches den Pumpraum 20 axial begrenzt, nämlich im Gehäusebauteil 14. Alternativ oder zusätzlich wäre beispielweise auch eine Position der Mündung in radialer Anordnung denkbar, insbesondere in der den Pumpraum 20 radial begrenzenden Zylinderwand des Gehäuseteils 14. Dabei könnten etwa Lage und Form der Kanalabschnitte 32 und 36 sowie der Mündung 28 anders als gezeigt sein. Die Mündung verliefe dann nicht parallel zur Rotationsachse und/oder nicht axial zum Kanalabschnitt 36, sondern insbesondere rechtwinklig zur Rotationsachse und/oder in einem geeigneten Winkel zum Kanalabschnitt 36.
Die dargestellte Lösung integriert letztlich die Kanalführung und Bedüsung der Geräuschdämpfung in den Gasballastkanal (oder umgekehrt). Damit sind an der Pumpe weniger Bohrungen vorzusehen. Die Pumpe wird kompakter und günstiger in den Herstellkosten. Im Gegensatz zu anderen Pumpen ähnlicher Bauweise, die bei geöffnetem Gasballast ein höheres Geräuschniveau aufweisen, kann in der beschriebenen Erfindung das Geräuschniveau bei geöffnetem Gasballast sogar sinken.
Grundsätzlich kann die in den Figuren dargestellte Pumpe 10 auch weitere Kanalabschnitte, z.B. für ähnliche oder andere Zwecke, umfassen, die beispielsweise im Gehäusebauteil 14 und/oder anderen Gehäusebauteilen ausgebildet sein können. Insbesondere weist die den Zeichnungen zugrundeliegende Pumpe 10 weitere Kanalabschnitte auf, die in den Figuren der Übersichtlichkeit halber ausgeblendet sind.

Bezugszeichenliste

10: Vakuumpumpe
12: Einlass
14: Gehäusebauteil
16: Rotorwelle
18: Drehschieber
20: Pumpraum
21: Wand
22: Auslass
23: Lagerelement
24: Gasballastventil
26: Anschluss
28: Mündung
30: eigener Kanalabschnitt
32: gemeinsamer Kanalabschnitt
34: eigener Kanalabschnitt
36: Mündungskanalabschnitt

Claims

Vakuumpumpe (10) umfassend:
einen Pumpraum (20), in dem mittels eines Pumpkörpers (16, 18) ein zu förderndes Gas von einem Einlass (12) zu einem Auslass (22) förderbar ist;

einen ersten Kanal (30, 32), der in den Pumpraum (20) mündet, zum Zuführen eines Ballastgases in den Pumpraum (20);

einen zweiten Kanal (34, 32), der in den Pumpraum (20) mündet, zum Zuführen eines weiteren Gases in den Pumpraum (20);

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kanäle eine gemeinsame Mündung (28) in den Pumpraum (20) aufweisen.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1,
wobei die Kanäle einen gemeinsamen Kanalabschnitt (32) aufweisen.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei ein eigener Kanalabschnitt (30, 34) wenigstens eines der Kanäle und der gemeinsame Kanalabschnitt (32) jeweils zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen in einer Ebene verlaufen.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei wenigstens ein Kanalabschnitt (30, 32, 34) quer zu einer Rotationsachse des Pumpkörpers (16) verläuft.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei ein eigener Kanalabschnitt (30) eines der Kanäle durch eine Bohrung definiert ist und der gemeinsame Kanalabschnitt (32) ebenfalls durch diese Bohrung definiert ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5,
wobei der erste Kanal (30, 32) durch die Bohrung definiert ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei ein eigener Kanalabschnitt (34) des anderen Kanals in die Bohrung mündet.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die gemeinsame Mündung (28) in einem Strukturbauteil (14), einem Gehäusebauteil (14), einem Bauteil (14), welches ein Lagerelement (23) für den Pumpkörper (16, 18) trägt, und/oder in einem den Pumpraum (20) in Bezug auf eine Rotationsachse des Pumpkörpers (16, 18) axial und/oder radial begrenzenden Bauteil (14) definiert ist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei wenigstens ein Kanalabschnitt (30, 32, 34, 36) in einem Strukturbauteil (14), einem Gehäusebauteil (14), einem Bauteil (14), welches ein Lagerelement (23) für den Pumpkörper (16, 18) trägt, und/oder in einem den Pumpraum (20) in Bezug auf eine Rotationsachse des Pumpkörpers (16, 18) axial und/oder radial begrenzenden Bauteil (14) definiert ist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei eigene Kanalabschnitte (30, 34) der beiden Kanäle in demselben Bauteil (14) definiert sind.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 10,
wobei auch ein gemeinsamer Kanalabschnitt (32) in diesem Bauteil (14) definiert ist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei wenigstens einer der Kanäle ein Ventil zum Steuern des Gaseinlasses in den Kanal aufweist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der zweite Kanal zum Einlassen des weiteren Gases zwecks Geräuschdämpfung vorgesehen ist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei am oder im eigenen Kanalabschnitt (34) des zweiten Kanals eine Düse vorgesehen ist.
Vakuumpumpe (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Vakuumpumpe (10) eine Drehschiebervakuumpumpe ist.