DE19926186A1 - Kolbenvakuumpumpe mit Auslassventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (13), das aus einem mindestens einen Zylinder (2, 3, 4) aufnehmenden Gehäuseteil (Zylinderblock 18) und einem Zylinderkopf (19) besteht, mit einem im Zylinder oszillierenden Kolben (5, 6, 7) und mit einem Auslassventil (26), das ein Verschlussstück (27), einen Ventilsitz (31) und eine Ventildichtung (35) umfasst, wobei die dem Zylinderkopf (19) zugewandte Stirnseite des Zylinders als Ventilsitz (31) und ein dem Durchmesser des Ventilsitzes (31) angepasster Ventilteller (27) als Verschlussstück dienen; zur Vereinfachung des Aufbaus wird vorgeschlagen, dass eine Zylinderkopfdichtung (35) vorgesehen ist, die im Bereich der Zylinderstirnseite einen Kreisausschnitt aufweist, dessen Rand sich bis in den Bereich der inneren Kante (36) des Zylinders (2, 3, 4) erstreckt und gleichzeitig die Ventildichtung bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenvakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

In Kolbenvakuumpumpen hat sich ein Auslassventil, das die gesamte Bohrung des Zylinders abdeckt, bewährt (vgl. z. B. WO/9809080). Diese Lösung ermöglicht hohe Kompressionsverhältnisse und stellt ausreichende Quer­ schnitte für den Gaswechsel zur Verfügung. Von Bedeu­ tung ist, dass das Ventil je nach Druckniveau druck- oder weggesteuert öffnen kann. Besonders hohe Druckver­ hältnisse und damit niedrige Enddrücke ermöglichen schadraumarme oder schadraumfreie Konstruktionen.

Nachteilig an dem vorbekannten Ventilkonzept ist die aufwendige Dichtung des Auslassventiles gegenüber dem Zylinderblock, z. B. in Form eines O-Ringes in einer die Zylinderbohrung umgebenden, selbsthaltenden Nut. Die Herstellung der Nut und die Montage dieser Dichtung sind aufwendig. Außerdem ergibt sich ein Schadraum, weil der O-Ring nicht unmittelbar bis an den Rand der Zylinderbohrung reichen kann.

Bekannt ist weiterhin die Beschichtung des in der Regel aus Blech bestehenden Ventiltellers mit Elastomer, um eine Abdichtung auf dem Ventilblock zu erreichen. Diese Lösung ist ebenfalls relativ aufwendig. Sie setzt ein Ventilblech mit relativ großer Dicke voraus, damit es durch das Elastomer nicht verzogen werden kann. Dadurch wird die Masse des Ventiltellers relativ groß mit der Folge, dass die Pumpe laut wird, weil das Ventil vom Kolben aufgestoßen werden muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung des Auslassventiles des Zylinder-Kolben- Systems einer Kolbenvakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu vereinfachen und zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Zylinderkopfdichtung vorgesehen ist, die im Be­ reich der Zylinderstirnseite einen Kreisausschnitt auf­ weist, dessen Rand sich bis in den Bereich der inneren Kante der Zylinderbohrung erstreckt und gleichzeitig die Ventildichtung bildet.

Die erfindungsgemäße Kombination von Zylinderkopfdich­ tung und Ventildichtung in Form einer Elastomer- Flachdichtung stellt eine besonders einfache Problemlö­ sung dar. Das aus der WO/9809080 bekannte und bewährte Ventilkonzept kann beibehalten werden. Außerdem ergeben sich die folgenden Vorteile:

• - kostengünstig (preiswertes Halbzeug, das einfach bearbeitet werden kann; keine aufwendige Beschich­ tung der Ventilbleche; keine teuren selbsthalten­ den O-Ring-Nuten; einfache Montage);
• - robust, betriebssicher, unempfindlich gegenüber Verschmutzungen (breite Dichtfläche; Elastomer kann aus marktgängigen Halbzeugen optimal ausge­ wählt werden; der Ventilteller aus hochwertigen Werkstoffen wird nicht negativ durch eine Be­ schichtung beeinflusst);
• - hohe Dichtheit infolge breiter Dichtfläche;
• - Ventilvorspannung und Ventilsitzgeometrie sind va­ riabel;
• - geringer bzw. kein Schadraum (Flachdichtung kann unmittelbar bis an die Zylinderbohrung reichen);
• - geräuscharm; das Ventilblech kann dünn ausgeführt werden und ist deshalb leicht; das dünne Blech biegt sich leicht durch, so dass bereits bei rela­ tiv geringen Druckdifferenzen eine Drucksteuerung des Ventils stattfindet; bei der bei geringeren Druckdifferenzen stattfindenden Wegsteuerung ist der Kolben-Ventil-Kontakt relativ sanft;
• - geringer Eingriff in die Anschlusskonstruktion; platzsparend (kein O-Ring, keine O-Ring-Nut, mini­ maler Zylinderabstand möglich);
• - einfach zu fertigen und zu montieren (Dichtung wird z. B. durch Passstifte positioniert, so dass auch der Ventilsitz präzise ausgerichtet ist);
• - Fertigung der Dichtung z. B. durch Wasserstrahl­ schneiden oder durch Stanzen sehr präzise möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Fig. 1 bis 6 schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 eine Kolbenvakuumpumpe in Reihen­ bauform,

Fig. 3 bis 5 Teilschnitte durch Zylinderblock und Zylinderkopf im Bereich des Ausslassventils, welche erfindungsgemäss gestaltete Ausführungsbei­ spiele zeigen, und

Fig. 6 einen weiteren Teilschnitt für ein Ausfüh­ rungsbeispiel nach der Erfindung mit einer Zwi­ schenplatte und einer zweiten Flachdichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Kolbenvakuumpumpe 1 mit drei Zylindern 2, 3, 4, die in Reihe angeordnet sind. Die zugehörigen Kolben sind mit 5, 6, 7 bezeichnet. Über im einzelnen nicht mit Bezugszeichen versehene, nur schematisch angedeutete Kolbenlager, Pleuelstangen und Kurbellager stehen die Kolben mit der Kurbelwelle 11 in Verbindung. Über Lagerzapfen 12 stützt sich die Kurbelwelle 11 im Gehäuse 13 ab. Der Kurbelwellenan­ trieb ist mit 14, die Drehachse der Kurbelwelle 11 mit 15 bezeichnet. Einlass und Auslass der Pumpe 1 tragen die Bezugszeichen 16 und 17.

Das Gehäuse 13 ist zweiteilig. Es umfasst den Zylinder­ block 18 und den Zylinderkopf 19. Die Trennebene 20 liegt in Höhe der der Kurbelwelle abgewandten Stirnsei­ ten der Zylinder 2, 3, 4. In diesem Bereich befinden sich die jeweiligen in den Fig. 1 und 2 nicht darge­ stellten Auslassventile, wie sie aus der WO 98/09080 bekannt sind. Sie umfassen einen Ventilteller, dessen Durchmesser grösser ist als der Durchmesser der Zylin­ derbohrung. Der stirnseitige Rand des Zylinders bildet den Ventilsitz.

Um mit einer möglichst kleinen Kolbenvakuumpumpe ein möglichst grosses Saugvermögen zu erzielen, ist ein Kolben (Kolben 7) mit einem gegenüber den Durchmessern der anderen Kolben 5, 6 größeren Durchmesser vorhanden. Der größere Kolben 7 ist einlassseitig angeordnet, d. h., der seitlich gelegene Einlass des zugehörigen Schöpfraumes 22, dessen Volumen das Saugvermögen der Pumpe bestimmt, steht unmittelbar mit dem Einlass 16 in Verbindung. Die Gasführung ist durch gestrichelte Lini­ en angedeutet. Auslassseitig können Kolben mit kleine­ ren Durchmessern eingesetzt werden, da diese wegen der fortschreitenden Kompression in den Pumpstufen das ein­ lassseitige Saugvermögen nicht mehr benötigen.

In der Vakuumtechnik ist es häufig erforderlich, die Eigenschaften einer Vakuumpumpe an die jeweilige Appli­ kation anzupassen. Dieses gilt insbesondere für das je­ weils gewünschte Saugvermögen. Zweckmässig ist es des­ halb, wenn die Gaswege innerhalb der Pumpe variiert werden können. Die Fig. 1 und 2 zeigen beispielhaft zwei Varianten.

Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenvakuumpumpe ist drei­ stufig ausgebildet. Die drei Zylinder sind hintereinan­ der angeordnet. Der Einlass 16 steht mit dem Einlass des Schöpfraumes 22 des Zylinder-Kolben-Systems 4, 7 in Verbindung. An den stirnseitig gelegenen Auslass des Schöpfraumes 22 im Zylinder 7 schließt sich der Einlass des Schöpfraumes 23 des Zylinder-Kolben-Systems 2, 5 an. Diesem nachgeordnet ist das Zylinder-Kolben-System 4, 6 mit dem Schöpfraum 24.

Das Saugvermögen kann vergrößert werden, wenn - wie in Fig. 2 dargestellt - einlassseitig die beiden Zylin­ der-Kolben-Systeme 4, 7 und 2, 5 zu einer Stufe zusam­ mengefasst sind und parallel betrieben werden. Die zweite Auslassstufe bildet das Zylinder-Kolben-System 4, 6.

In den Fig. 3 bis 6 ist als Beispiel für die erfin­ dungsgemäße Lösung jeweils nur ein Zylinder-Kolben- System teilweise dargestellt. Ausgewählt wurde das System 3, 6. Sie zeigen jeweils das Auslassventil 26, dessen Ventilteller 27 in geschlossenem Zustand den Kompressionsraum 24 von einer im Zylinderkopf 19 vorge­ sehenen Kammer 28 trennt. An die Kammer 28 ist der Aus­ lasskanal 29 angeschlossen. Der Ventilteller 27 hat je­ weils einen größeren Durchmesser als die zugehörige Bohrung des Zylinders 3. Der die Zylinderbohrung umge­ bende Rand bildet den Ventilsitz 31.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform für die Halterung des Ventiltellers 27 am Zylinderkopf 19. Dieses ge­ schieht mittels einer Druckfeder 33, die gleichzeitig der Erzeugung der gewünschten Schließkraft dient. Der Abdichtung zwischen dem Zylinderblock 18 und dem Zylin­ derkopf 19 dient eine Flachdichtung 35, z. B. aus einem Elastomer. Diese erstreckt sich derart weit bis in den Bereich der Kante 36 der Bohrung des Zylinders 3, dass der Ventilteller 27 in geschlossenem Zustand auf der Flachdichtung 35 aufliegt. Die Zylinderkopfdichtung 35, die im Bereich der Zylinder jeweils kreisförmige Aus­ schnitte besitzt, bildet damit gleichzeitig die Ventil­ dichtung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch, dass die Kante 36 der Zylinderbohrung abgefast ist. Dadurch wird die Auflagefläche des Ventiltellers auf seiner Ventil­ dichtung verkleinert.

Dieses Ziel hat auch die Lösung nach Fig. 5, bei der ein die Bohrung des Zylinders 3 umgebender Wulst 37 vorgesehen ist. Eine nahezu linienförmige Berührung zwischen Ventilteller und Ventildichtung wird dadurch erreicht.

In Fig. 5 ist noch einer der Bolzen 41 dargestellt, mit denen der Zylinderkopf 19, auf dem Zylinderkopf 18 befestigt ist. In Höhe der Flachdichtung 35 ist eine Distanzscheibe 42 eingelegt, mit deren Hilfe eine defi­ nierte Verpressung der Flachdichtung 35 erzielt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 liegt auf der Flachdichtung 35 eine Zwischenplatte 44, die ihrerseits mittels einer zweiten Flachdichtung 45 gegenüber dem Zylinderkopf 19 abgedichtet ist. Mit Hilfe verschiede­ ner Zwischenplatten 44 kann das Saugvermögen der Kol­ benvakuumpumpe verändert werden. Sie dienen der Freiga­ be und dem Verschluss von Kanälen, die z. B. die zu den Fig. 1 und 2 beschriebenen Betriebsweisen (Hintereinanderschaltung, Parallelschaltung von Zylin­ der-Kolben-Systemen) ermöglichen.

Um auch bei zwei Flachdichtungen 35, 45 eine definierte Verpressung sicherzustellen, können entsprechende Distanzringe 42, 46 vorgesehen sein. Besonders zweckmäs­ sig ist es, an Stelle der beiden Distanzringe 42, 46 eine Hülse 47 (gestrichelt dargestellt) einzusetzen.

Claims (9)

1. Kolbenvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (13), das aus einem mindestens einen Zylinder (2, 3, 4) auf­ nehmenden Gehäuseteil (Zylinderblock 18), und ei­ nem Zylinderkopf (19) besteht, mit einem im Zy­ linder oszillierenden Kolben (5, 6, 7) und mit ei­ nem Auslassventil (26), das ein Verschlussstück (27), einen Ventilsitz (31) und eine Ventildich­ tung (35) umfasst, wobei die dem Zylinderkopf (19) zugewandte Stirnseite des Zylinders als Ventilsitz (31) und ein dem Durchmesser des Ventilsitzes (31) angepasster Ventilteller (27) als Verschlussstück dienen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylin­ derkopfdichtung (35) vorgesehen ist, die im Be­ reich der Zylinderstirnseite einen Kreisausschnitt aufweist, dessen Rand sich bis in den Bereich der inneren Kante (36) des Zylinders (2, 3, 4) er­ streckt und gleichzeitig die Ventildichtung bil­ det.

2. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Rand des Kreisausschnittes un­ mittelbar bis an die Kante (36) der Bohrung des Zylinders (2, 3, 4) reicht.

3. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante (36) der Boh­ rung des Zylinders (2, 3, 4) abgefast ist.

4. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Zylinders (2, 3, 4) mit einer umlaufenden Wulst (37) ausgerüstet ist.

5. Kolbenvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bolzen (41) zur Befestigung des Zylinderkopfes (19) am Zylinderkopf (18) vorgesehen sind und dass Distanzscheiben (42) in Höhe der Flachdichtung (35) ihrer definierten Verpressung dienen.

6. Kolbenvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwi­ schen Zylinderblock (18) und Zylinderkopf (19) ei­ ne Zwischenplatte (47) befindet, die gegenüber dem Zylinderblock (18) mittels der Flachdichtung (35) und gegenüber dem Zylinderkopf (19) mit einer zweiten Flachdichtung (45) abgedichtet ist.

7. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch in Höhe der Flachdichtung (45) Distanzscheiben (46) vorgesehen sind.

8. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an Stelle der Distanzscheiben (42, 46) eine Distanzhülse vorgesehen ist.

9. Kolbenvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in­ nerhalb der Vakuumpumpe (1) Kolben-Zylinder- Systeme mit unterschiedlichen Durchmessern befin­ den und dass die Systeme (4, 7) mit größerem Durchmesser einlassseitig angeordnet sind.