DE3150000A1 - Oelgedichtete vakuumpumpe - Google Patents

Description

81.035 - 3 -

LEYBOLD-HERAEUS GMBH

KoIn-Bayenta1 5

Ölgedichtete Vakuumpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine ölgedichtete Vakuumpumpe mit einem Ölkreislauf zur Versorgung.der Lagerungen und des Pumpenraumes mit Öl und einem im Ölkreislauf angeordneten Ventil für die Absperrung der Ölzufuhr zum Pumpenraum bei stillstehender Pumpe.

Aus der GB-PS 875 444 ist eine-ölgedichtete Vakuumpumpe

dieser Art bekannt. Die ölpumDe des ölkreislaufs saugt das 15

• Öl aus dem im Pumpengehäuse befindlichen Ölvorrat und fördert es zu einer Art Rückschlagventil, dessen Verschlußstück ' unter der Wirkung einer -sehr schwachen Feder steht, so daß der Öldruck im Ölkreislauf nur wenig über dem Umgebungsdruck liegt. Vom sich gegen den Federdruck öffnenden Ventil gelangt das im Überschuß von der ölpumpe geförderte Öl über die Lagerung der Pumpenwelle in den Pumpenraum und wird von dort aus über das Auslaßventil dem ölvorrat wieder zugeführt. Nachteilig daran ist, daß den Lagerungen kein Öl mit einem deutlich über dem Umgebungsdruck liegenden Druck zugeführt werden kann, was für eine sichere und kontinuierliche Lagerschmierung wünschenswert ist. Es wäre denkbar, die Stärke der Feder des Rückschlagventils größer zu wählen, so daß der Öldruck im ölkreislauf ansteigt. Das würde jedoch

«„ bedeuten, daß das der Abdichtung des Drehkolbens dienende Öl ständig mit erhöhtem Druck in den Pumpenraum eingespritzt wird. Daran wäre nachteilig, daß in die bei hohen Ansaugdrücken in großer Menge geförderten Gase unnötig viel Öl eingespritzt wird, was nicht nur den Ölverbrauch beim Betrieb der Pumpe mit hohen Ansaugdrücken unnötig steigert, sondern auch eine störende Umweltbelastung infolge der hohen ölanteile im von der Pumpe ausgestoßenen Gas darstellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ölgedichtete Vakuumpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz sicherer Lagerschmierung mit .^

Drucköl ein Pumpenbetrieb bis zu 1OOÖ mbar Ansaugdruck ohne unnötige Belastung der geförderten Gase mit Öldämpfeh gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der der Versorgung der Lagerungen des Pumpenraumes mit Öl

dienende Ölkreislauf eine Druckstufe zum Abbau des von der 10

Ölpumpe erzeugten Überdruckes auf den Umgebungsdruck aufweist und daß die zu den Lagerungen führenden Abzweigungen bezogen auf die Richtung des strömenden Öls - vor der Druckstufe und die zum Pumpenraum führende Abzweigleitung sowie das Absperrventil hinter der Druckstufe angeordnet sind. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Vakuumpumpe kann mit Hilfe der Ölpumpe und der Druckstufe ein relativ hoher Druck im ersten Teil des Ölkreislaufs aufrechterhalten werden, von dem aus die Versorgung der Lagerungen mit Schmieröl erfolgt. Die Versorgung des Pumpenraumes erfolgt mit druckentlastetem Öl, so daß die Pumpe als selbstansaugende Pumpe arbeitet. Eine derartige Pumpe saugt bei hohen Ansaugdrücken wenig Öl, bei Enddruckbetrieb viel Öl an Der erhöhte Ölverbrauch und die störende Umweltbelastung bei hohen Ansaugdrücken sind deshalb stark reduziert. Ferner erlaubt die Ölversorgung der Lagerungen aus einem Ölkreislauf mit relativ hohem Druck, in diesem Teil der Ölleitung ein Ölfilter einzuschalten, über den eine relativ hohe Druckdifferenz abfällt, so daß den Lagerungen nur gereinigte;

Öl zugeführt werden kann. Auch die Überwachung der Pumpe 30

über den Öldruck, der eine eindeutige Aussage über den Betriebszustand der Pumpe zuläßt, ist möglich. Schließlich hat die Versorgung des Pumpenraumes mit Öl aus dem sich anschließenden druckentlasteten Teil des Ölkreislaufs den Vorteil, daß auch in den Pumpenraum ausschließlich gereinigtes Öl gelangt. Durch das Absperrventil ist sichergestellt, daß beim Abstellen der Pumpe die Ölmenge, die innerhalb des Pumpenraumes bleibt, zuverlässig begrenzt ist. Dies ergibt entscheidende Vorteile beim Kaltstart der Pumpe,

was einen direkten Einfluß auf die Dimensionierung des g Motors der Pumpe hat. Ein unerwünschter ölanstieg in der Pumpe und im Saugstutzen bei versehentlichem Rückwärtslauf der Pumpe ist ebenfalls zuverlässig verhindert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen

anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Äusführungs-10

beispielen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines ölkreislaufs in einer Vakuumpumpe nach der Erfindung mit hydro-pneumatisch gesteuertem Saugstutzenventil,

Fig. 2 ein Äusführungsbeispiel für eine Vakuumpumpe nach der Erfindung, teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht der vorderen Stirnwand des Pumpenkörpers,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Stirnwand des Pumpenkörpers nach der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Stirnwand des Pumpenkörpers nach der Linie IV-IV in Fig. 2,

Beim Schema nach Fig. 1 sind im wesentlichen nur diejenigen Teile der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe dargestellt, die im Rahmen der Erfindung eine besondere Rolle spielen. Mit 1 ist der ölkasten oder das äußere Pumpengehäuse bezeichnet, das teilweise mit Öl 2 gefüllt ist. Im Schnitt dargestellt ist weiterhin der Saugstutzen 3 mit dem Saugstutzenventil 4, das von dem plattenförmigen Ventilsitz 5 mit der Öffnung und dem Ventilteller 7 gebildet wird. Der Ventilteller steht mit einem Kolben 8 in Verbindung, der im Zylinder verschiebbar angeordnet ist.

Der Ölkreislauf der Pumpe wird gebildet von der Ansaugleitung 11, über die mittels der ölpumpe 12 Öl aus dem ölvorrat 2 in die Öldruckleitung 13 gefördert wird. Im Bereich der Austrittsöffnung 14 der Öldruckleitung 13 ist eine Drossel 15 angeordnet, welche für die Aufrechterhaltung

31500QQ

des gewünschten Öldruckes (zwischen 1,5.und 2 bar, vorzugsweise 1,7 bar) sorgt und über die der Abbau des Druckes auf den Druck im Ölkasten 1 erfolgt. Über Abzweigungen 16, 17, 18 erfolgt die Versorgung der in der Pumpe vorhandenen Lagerungen mit Drucköl. Drei Ö!versorgungsleitungen (16, 17, 18) sind im Falle einer zweistufigen Pumpe erforderlich, bei der zwei Endlager und ein Zwischenlager der beiden Rotoren mit Öl versorgt werden müssen. Im Falle einer einstufigen Pumpe reichen zwei der drei Abzweigleitungen aus. Nach dem Durchströmen der Lagerungen gelangt das in die Abzweigleitungen 16, 17, 18 eingetretene-

■J5 Öl wieder in den Ölvorrat 2.

In die Druckölleitung 13 ist unmittelbar hinter der Ölpumpe 12 ein Ölfilter 19 eingeschaltet, so daß sichergestell ist, daß ausschließlich gereinigtes Öl durch die Leitung und durch die daran angeschlossenen Abzweigleitungen strömt.

Eine weitere Abzweigleitung 21 mündet in den Steuerzylinder 22, in dem sich der Steuerkolben 23 befindet. Auf der der Einmündung der Leitung 21 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 23 mündet die Druckmittelleitung 24 in den

Zylinder 22, deren anderes Ende mit dem Zylinder 9 auf der dem Ventilteller 7 abgewandten Seite des Kolbens 8 verbunden ist. Die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 in den Zylinder 22 ist als Ventilsitz ausgebildet Dazu ist in die Eintrittsöffnung 25 ein Stöpsel 26 mit einem

Dichtwulst 27 eingesteckt. Als Verschlußglied dient die Stirnseite 28 eines zylindrischen Ansatzes 29 am Steuerkolben 23 mit gegenüber dem Steuerkolben verringertem Durchmesser. Der Steuerkolben 23 steht unter der Wirkung einer Feder 31, die zwischen dem Steuerkolben 23 und der

Stirnwand 32 mit der Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 angeordnet und als Druckfeder ausgebildet ist. Der zylindrische Ansatz 29 ist mittels des Gewindes 33 in den Steuerkolben 23 einschraubbar, so daß auf die im

/7

g Schließzustand des Steuerventils 27, 28 wirkende Kraft der Feder 31 Einfluß genommen werden kann.

In den Zylinder 22 mündet eine weitere Leitung-34, die mit einem oben offenen Ölvorratsgefäß 35 geringen Volumens

verbunden ist. Die Einmündung der Leitung 34 in den 10

Zylinder 22 liegt auf der der Einmündung der Leitung 21 entgegengesetzten Seite des Steuerkolbens 23.

Während des Betriebs einer nach diesem Schema aufgebauten Pumpe fördert die Ölpumpe 12 Öl aus dem Ölvorrat 2 in die Öldruckleitung 13. Die ölpumpe 12 kann als Drehschieberpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildet sein und in bekannter Weise mit der Pumpenwelle als Antrieb gekoppelt (vgl. GB-PS 875 44 4). Die Fördereigenschaften der Pumpe 12 und die Größe der Drossel 15 sind so bemessen, daß sich nach dem Anlaufen der Vakuumpumpe der gewünschte Öldruck in der Leitung 13 aufbaut und gehalten wird. Dieser Druck wirkt auf den Kolben 23 und überwindet die Kraft der Feder 31, so daß die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 verschlossen ist. Das Saugstutzenventil 4 befindet sich in

^ seiner Offenstellung, so daß der an den Saugstutzen 3 angeschlossene Rezipient evakuiert wird.

Während dieses Betriebszustandes strömen durch die Öldruckleitung 13 bestimmte Ölmengen, die mit Q., Q„ und Q₃ bezeichnet sind. Der Kolben 23 bildet mit der Wand des Zylinders 22 einen relativ großen Spalt 36, so daß sich der Zylinderraum 22 unterhalb des Kolbens 23 und der Ölvorratsraum 35 mit Öl füllen. Wegen des Spaltes 36 wird ein ständiger Ölstrom mit der Menge Q. aufrechterhalten. Überschüssiges Öl gelangt vom Ölvorrat 35 wieder in den Ölvorrat 2. Die Ölpumpe 12 ist so dimensioniert, daß der gesamte Ölkreislauf mit überschußöl gefahren wird, d. h., zu jeder Zeit strömt mehr Öl durch den Ölkreislauf, als von der Pumpe benötigt wird.

. /8

Wird die Pumpe abgestellt, nimmt gleichzeitig die von der Ölpumpe 12 geförderte Ölmenge ab, so daß der Öldruck in der Leitung 13 nachläßt. Bei Unterschreiten eines bestimrrtteih Druckes wird die Eintrittsöffnung 25 freigegeben, so daß infolge des auf der Oberfläche des Öls in dem Ölvorrat 35 herrschenden Atmosphärendruckes Öl in die Druckmittelleitung 24 gedrückt wird und unter den Kolben 8 in den Zylinder 9 gelangt. Die unterhalb des Kolbens 23 und im Ölvorrat 35 befindliche Ölmenge ist so gering, daß das in . ■den Zylinder 9 gelangende Öl im wesentlichen nur der Abdichtung des Kolbens 8 gegenüber seiner Zylinderwand dient. Das eigentliche Druckmittel zur Betätigung des Kolbens 8 ist die ·

Luft, die im Anschluß an das Öl durch den Ölvorrat 35 in die Druckmittelleitung 24 gelangt. Die gesamte im Zylinder und im Ölvorratsgefäß 3 5 befindliche Ölmenge beträgt einige cm . Sie soll so gering sein, daß sie im wesentlichen nur der Abdichtung des zwischen dem Kolben 8 und dem Zylinder bestehenden Spaltes dient. Diese Vorgänge bewirken ein Schließen des Saugstutzenventils 4 ohne den unerwünschten Luftschluck. Nachdem das Saugstutzenventil 4 geschlossen ist und die nachdrängende Luft das zwischen dem Kolben 8 und der Zylinderwandung 9 befindliche Öl verdrängt hat, erfolgt hierüber die Belüftung des Pumpenraums. Die Funktion der Saugstutzenventilsteuerung ist unabhängig von der Existenz eines Ölfilters 19, d. h., auch bei einem Ölkreislauf ohne Ölfilter 19 (vgl. gestrichelt eingezeichneten Leitungsabschnitt 20) arbeiten das Saugstutzenventil und seine Steuermittel einwandfrei.

Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Ausführung des Saugstutzenventile 4 und seiner in Abhängigkeit vom Öldruck arbeitenden Steuermittel liegt noch darin, daß beide 35

Zylinder-Kolben-Einrichtungen 8, 9 bzw. 22, 23 wegen der erwünschten Spalte zwischen Kolben und Zylinder kaum toleranzanfällig sind und deshalb ohne besonderen Kostenaufwand herstellbar sind. Durch geeignete Wahl der strömenden Ölmengen Q₁ und Q. und durch entsprechendes Anpassen der

Kraft der Feder 31 können die Steuermittel derart justiert werden, daß bereits bei relativ kleinen Drucksenkungen im Ölkreislauf (z. B. ein Absinken des Solldruckes von ca. 1,7 bar auf 1,5 bar) die Eintrittsöffnung 25 der Druckmittelleitung 24 freigegeben wird«, .Die Ansprechzeit des Saugstutzenventils 4 ist aufgrund der hydro-pneumatischen Betätigung so klein, daß sichergestellt ist, daß bereits vor dem endgültigen Auslaufen der Vakuumpumpe das Saugstutzenventil geschlossen ist. Generell hat die Ansteuerung des Saugstutzenventils durch den Öldruck in einem ölkreislauf, der von einer auf der Pumpenwelle angeordneten ölpumpe versorgt wird, den Vorteil einer schnellen und 15

sicheren Betriebsweise, da vom Öldruck im ölkreislauf eindeutig der Betriebszustand der Pumpe abgeleitet werden kann.

Der Austrittsöffnung 14 der Leitung 13 ist eine federnde Abdeckung 41 zugeordnet, die - gemeinsam mit einer besonderen Gestaltung der Wandung 42 im Bereich der Austrittsöffnung 14 - mehrere Funktionen erfüllt. Die Austrittsöffnung 14 ist von einer konzentrischen Nut 43 in der Wandung 42 umgeben, die bis in eine Bohrung 44 reicht, durch die das der Versorgung des Pumpenraumes dienende Öl hin-

'

durchtritt. Diese Bohrung ist ebenfalls mit einer Drossel ausgerüstet, deren Größe der Saugleistung der jeweiligen Pumpe angepaßt ist. Die federnde Abdeckung 41, die vorzugsweise aus einem elastischen Stahlbandabschnitt besteht, über deckt sowohl die Austrittsöffnung 14 der Öldruckleitung

als auch die Bohrung 44, Ihre Kraft und der Abstand der Befestigungspunkte 46, 47 von den Ölkanälen 13, 44 sind so gewählt, daß sie für das aus der Austrittsöffnung 14 austretende öl eine Druckstufe einer vernachlässigbaren Druckdifferenz darstellt. Praktisch tritt das Öl mit dem Druck

des Ölkastens aus der Austrittsöffnung 14 aus. Außerdem gilt auch an dieser Stelle des Ölkreislaufs, daß er mit Überschußöl gefahren wird, d. h., daß selbst bei Enddruckbetrieb der Pumpe durch die Austrittsöffnung 14 mehr Öl

austritt als von der Pumpe durch die Bohrung 44 bzw. c Drossel 45 angesaugt wird.

Während des Betriebs der Pumpe wird das Drucköl infolge der Drossel 15 auf den Druck im Ölkasten entspannt und strömt zunächst in die die Austrittsöffnung 14 umgebende Nut 43. Aus dieser Nut, die mit der Bohrung 44 in Verbindung steht, strömt ein Teil des Öles-infolge der Saugwirkung des Pumpenraumes durch die Bohrung 44 bzw. Drossel 45 hindurch. Überschüssiges Öl gelangt in den Ölvorrat 2 zurück. Durch die federnde Abdeckung 41 ist sichergestellt, daß durch die Bohrung 44 und die Drossel 45 nur solches Öl strömt, das

aus der Austrittsöffnung 14 ausgetreten ist. In den Pumpenraum gelangt deshalb ausschließlich Öl, das den Ölfilter 19 durchströmt hat. Beeinträchtigungen des Pumpenraumes durch verschmutztes Öl treten deshalb nicht mehr auf. Dennoch

arbeitet die Pumpe wie eine selbstansaugende Pumpe, d. h., 20

sie bestimmt die von ihr benötigte Ölmenge selbst. In hohen Druckbereichen treten z. B. geringe Ölmengen durch die Drossel 4 5 hindurch, so daß unerwünscht hohe öldampfanteile in den aus der Pumpe austretenden geförderten Medien nicht

vorhanden sind. Unabhängig davon ist sichergestellt, daß die 25

Lagerungen mit Drucköl versorgt werden.

Weiterhin wird durch die federnde Abdeckung und die spezielle Nutausbildung eine Ölabsperrung bei Stillstand der Pumpe erreicht. In diesem Betriebszustand bewirkt der durch die Bohrung 44 hindurch wirkende Unterdruck im Pumpenraum, daß sich die federnde Abdeckung dicht an die Wandung 42 anlegt. Dadurch versperrt die Abdeckung die Bohrung 44 vollständig, so daß die Ölzufuhr zur Vakuumpumpe unterbleibt. Durch diese Lösung ergibt sich ein

weiterer Vorteil. Es existiert generell das Problem, daß es bei einem versehentlichen Rückwärtslauf der Pumpe (infolge falschen Stromanschlusses) zu einem unerwünschten Ölanstieg im Saugstutzen kommt. Durch diese Anordnung wird dieser Ölanstieg zuverlässig verhindert.

/11

• - 11 - ■

Fig. 2 zeigt eine Drehschiebervakuumpumpe. Während des

Betriebs der Pumpe gelangen die geförderten Gase durch 5

den Saugstutzen 3, das offene Saugstutzenventil 4, über den in der Zeichnungsebene nicht sichtbaren und deshalb als Pfeil dargestellten Saugkanal 51 in den Pumpenraum 52, in dem sich der Rotor 53 mit den Schiebern 54 befindet. Die komprimierten Gase gelangen durch den Austrittskanai 55 in den Ölkasten T, der bis zur Linie 56 mit öl gefüllt ist, so daß die federnde Abdeckung 41 unterhalb des ölspiegels liegt. Der eigentliche Auspuffstutzen ist nicht dargestellt.

Die Stirnwand 42 des im ölkasten 1 angeordneten Pumpenkörpers 57 ist in ihrem unteren Teil in Ansicht dargestellt. Schnitte durch diese Stirnwand in Höhe der Linien III-III und IV-IV zeigen die Figuren 3 und 4. In der Stirnwand endet die Öldruckleitung 13 mit der Drosselstelle 15.

Vor der Entspannung des Öls auf den Druck im Ölkasten infolge

der Drossel 15 erfolgt noch die Schmierung des in der Stirnwand 42 angeordneten Lagers der Pumpwelle (nicht dargestellt) über die als Bohrung ausgebildete Abzweigleitung 17. Nach außen hin ist diese Bohrung durch den

Stöpsel 58 verschlossen.
25

Mittels der Schrauben 46, 47 ist die federnde Abdeckung (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) auf der Stirnwand 42 befestigt. Sie überdeckt die beiden Öffnungen 14 und 44 sowie die die Öffnung 14 umgebende Nut 43. Die Düse 15 ist durch beidseitiges Bohren der Stirnwand 42 hergestellt.. Die Düse 45 ist mittels eines Gewindes 59 in die Stirnwand 42 eingeschraubt, so daß je nach Saugleistung der Pumpe unterschiedliche Düsen verwendet werden können.

Claims (9)

1. 81.035

   GMBH Köln-Bavental

   Ölgedichtete Vakuumpumpe
   ANSPRÜCHE ■

   Ölgedichtete Vakuumpumpe mit einem Ölkreislauf zur Versorgung der Lagerungen und des Pumpenraumes mit öl und einem im Ölkreislauf angeordneten Ventil für die Absperrung der ölzufuhr zum Pumpenraum bei stillstehender Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkreislauf eine Druckstufe (15) zum Abbau des von der Ölpumpe (12) erzeugten Überdruckes auf den Umgebungsdruck aufweist, daß die zu den Lagerungen führenden Abzweigungen (16, 17, 18) - bezogen auf die Richtung des strömenden Öls - vor der Druckstufe und die zum Pumpenraum führende Abzweigleitung (44) sowie das Absperrventil (14, 41) hinter der Druckstufe angeordnet sind.
2. 2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Druckstufe eine Drossel-oder Düse (15) dient.
3. 3» Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3® gekennzeichnet, daß sich die Druckstufe in einer Stirnwand (22) des im äußeren Pumpengehäuse (1) angeordneten Pumpenkörpers (57) befindet.
4. 4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenseite der Stirnwand (4 2) eine Austrittsöffnung (14) für das druckentlästete Öl aufweist, daß neben dieser Austrittsöffnung eine Eintrittsöffnung für die zum Pumpenraum führende Leitung (44) angeordnet ist und daß die Oberfläche der

   Stirnwand so gestaltet ist, daß in die Leitung (44) nur im Überschuß aus der Austrittsöffnung (14) austretendes Öl gelangt.
5. 5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittsöffnuug (14) von einer vorzugsweise konzentrisch angeordneten" Nut (43) umgeben ist, die bis in die zum Pumpenraum führende Leitung (44) reicht, und daß eine beide Öffnungen (14, 44) und die Nut (43) überdeckende federnde Abdeckung vorgesehen ist.
6. 6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Abdeckung aus einem elastischen Stahlbandabschnitt besteht.
7. 7. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß in dem innerhalb der Wandung (42) liegenden Abschnitt der in den Pumpenraum führenden Leitung (44) eine weitere Drossel oder Düse (45) angeordnet ist,
8. 8. Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch

   gekennzeichnet , daß die Düse (45) mittels eines Gewindes (59) in der Stirnwand (42) gehaltert ist.
9. 9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnwand (4 2) eine zur Pumpenwellen-Lagerung in dieser Stirnwand führende, von einer Bohrung gebildete Leitung (17) derart vorgesehen ist, daß sie die den

   Ölkreislauf bildende Druckleitung (13) vor der 35

   Druckstufe (15) kreuzt, und daß diese Bohrung nach außen hin verschlossen ist.

   /3