EP0406873A2 - Vacuum pump with security against aeration of recipient at stoppage - Google Patents

Abstract

The invention relates to an oil-sealed pre-vacuum pump on which the receiver is protected against aeration in the event of the pump being shut down in that in this state its expansion chamber is sealed vacuum tight on the atmosphere side. In order to achieve shutting off of the oil supply by the simplest possible means when the vacuum pump stops and at the same time to be able to precisely meter and shut off the gas supply necessary for silencing, an auxiliary pump 2 on the pump shaft is proposed which draws in oil through separate intake ducts 4 and 5, mixes it and forces it into the expansion chamber of the vacuum pump via a spring-loaded valve 7. <IMAGE>

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ölge­dichtete Vorvakuumpumpe, z. B. eine Drehschieberpumpe, mit einfachsten Mitteln so auszurüsten, daß beim Ab­schalten oder einem ungewollten Stillstand der Pumpe kein Gas oder Öl in die evakuierte Apparatur zurück­strömt.The invention is based, an oil-sealed backing pump, z. B. equip a rotary vane pump with the simplest means so that no gas or oil flows back into the evacuated apparatus when the pump is switched off or when the pump stops unintentionally.

Zu diesem Zweck werden wahlweise zwei Techniken ange­wendet:
- Entweder wird in die Saugleitung der Vorvakuumpumpe ein Ventil eingebaut, das bei Stillstand der Pumpe automatisch schließt,
- oder es werden alle auf der Atmophärenseite der Pumpe liegenden Zugänge zum Pumpenschöpfraum auto­matisch abgesperrt.Two techniques are optionally used for this purpose:
- Either a valve is installed in the suction line of the backing pump, which closes automatically when the pump is at a standstill,
- Or all accesses to the pump head space on the atmospheric side of the pump are automatically blocked.

Da ein Saugstutzenventil großen Querschnitt und eine besondere Betätigungseinrichtung erfordert, ist diese Lösung sehr aufwendig, mit einfachen Mitteln also nicht zu realisieren.Since a suction port valve requires a large cross-section and a special actuating device, this solution is very complex, and therefore cannot be realized with simple means.

Dagegen ist auf der Atmosphärenseite i. w. nur die Öl­zufuhr zum Schöpfraum abzusperren (das Auspuffventil kann selbsttätig schließen), so daß diese Lösung der oben genannten Forderung näher kommt. Die Erfindung geht deshalb von dieser Lösung aus und verfolgt den Zweck, ihre bisher noch vorhandenen, gravierenden Unzuläng­lichkeiten zu beseitigen.On the other hand, on the atmosphere side, only the oil supply to the scooping chamber has to be shut off (the exhaust valve can close automatically), so that this solution comes closer to the requirement mentioned above. The invention is therefore based on this solution and pursues the purpose of eliminating its serious shortcomings which have hitherto existed.

Diese Unzulänglichkeiten hängen damit zusammen, daß jede ölgedichtete Vorvakuumpumpe bei Erreiche ihres End­druckes ein lautes Geräusch erzeugt, welches durch die Inkompressibilität des bei diesem Betriebszustand voll­ständig entgasten Öls im Pumpenschöpfraum entsteht (Öl­schlag). Um dieses Geräusch zu vermeiden, läßt man ständig eine sehr kleine Menge Gas (Luft) in den Schöpf­raum einströmen, etwa über eine Düse. Die Vakuumpumpe reagiert auf dies Gasmenge sehr empfindlich: ist sie etwas zu groß, wir das gewünschte Endvakuum nicht er­reicht, ist sie etwas zu klein, wird der Ölschlag nicht beseitigt.These inadequacies are due to the fact that each oil-sealed backing pump produces a loud noise when its final pressure is reached, which is caused by the incompressibility of the oil in the pump head chamber, which is completely degassed in this operating state (oil blow). In order to avoid this noise, a very small amount of gas (air) is constantly flowing into the scooping chamber, for example through a nozzle. The vacuum pump is very sensitive to this amount of gas: if it is somewhat too large, if the desired final vacuum is not reached, if it is somewhat too small, the oil hammer will not be eliminated.

Um die Vakuumpumpe im Stillstand abzudichten, muß also neben der Ölzufuhr auch diese Gaszufuhr abgesperrt werden,was die Einfachheit der atmosphärenseitigen Lösung deutlich mindert.In order to seal the vacuum pump at a standstill, this gas supply must also be shut off in addition to the oil supply, which significantly reduces the simplicity of the atmosphere-side solution.

Die dafür bereits bekannten Lösungen gehen den Weg, Öl und Gas im Ölvorratsraum der Vakuumpumpe zu mischen (z. B. durch ein rotierendes Flügelrad, das halb in Öl eintaucht) und dieses Gemisch durch eine Düse in den Pumpenschöpfraum einzusaugen. Dann muß nur noch diese Zuleitung abgesperrt werden, um die Vakuumpumpe bei Stillstand abzudichten.The already known solutions go the way of mixing oil and gas in the oil reservoir of the vacuum pump (e.g. by means of a rotating impeller that is half immersed in oil) and sucking this mixture into the pump head through a nozzle. Then only this supply line has to be shut off to seal the vacuum pump when it is not running.

Das ist zwar einfach, hat aber einen ganz entscheidenden Nachteil: der Ölstand im Vorratsraum muß auf eine be­stimmten Höhe sein, weil sonst der Abstand zwischen der Ölansaugöffnung und dem Ölspiegel und damit auch der Gasgehalt im angesaugten Öl schwankt, denn die einge­tragenen Gasblasen sammeln sich naturgemäß dicht unter dem Ölspiegel an, während das Öl weiter unterhalb der Oberfläche fast gasfrei bleibt. Eine genaue Dosierung der Gasmenge bei schwankendem Ölstand ist mit dieser Maßnahme also nicht möglich, das heißt, eine so ausge­rüstete Pumpe kann keinen großen, ausnutzbaren Ölvorrat haben. Dieses wird heute aber zunehmend gefordert.Although this is simple, it has one very important disadvantage: the oil level in the storage room must be at a certain level, because otherwise the distance between the oil intake opening and the oil level, and thus the gas content in the intake oil, will fluctuate, because the gas bubbles entered naturally collect just below the oil level, while the oil remains almost gas-free further below the surface. An exact dosage of the gas quantity with fluctuating oil level is with this Measure therefore not possible, i.e. a pump equipped in this way cannot have a large, usable oil supply. However, this is increasingly required today.

Eine andere bekannte Lösung verwendet eine Hilfspumpe für die Ölversorgug der Vorvakuumpumpe, welche über eine Saugöffnung gleichzeitig Gas und Öl ansaugt. Dabei hängt der Gasanteil sehr stark von der Ölviskosität und damit von der Betriebstemperatur der Vorvakuumpumpe ab und schwankt mit dieser in weiten Grenzen. Auch eine solche Lösung befriedigt daher nicht.Another known solution uses an auxiliary pump for the oil supply of the backing pump, which simultaneously sucks in gas and oil via a suction opening. The proportion of gas depends very much on the oil viscosity and thus on the operating temperature of the backing pump and fluctuates with it within wide limits. Such a solution is therefore also unsatisfactory.

Damit stellen sich für die Erfindung folgende Aufgaben:
- Ölzufuhr zum Schöpfraum der laufenden Vakuumpumpe mit dosierter Menge.
- Zumischung einer genau dosierten, kleinen Gasmenge zu diesem zugeführten Öl.
- Unabhängigkeit der Öl- und Gasdosierung vom Ölstand im Vorratsraum und von der Öltemperatur innerhalb weiter Grenzen.
- Automatische Absperrung der Zufuhr des Öl-Gas-Ge­misches zum Schöpfraum der Vakuumpumpe bei deren Stillstand.
- Erreichen dieser Ziele mit einfachsten Mitteln.The following tasks therefore arise for the invention:
- Oil supply to the scoop of the running vacuum pump with a metered amount.
- Mixing a precisely metered, small amount of gas into this supplied oil.
- Independence of the oil and gas metering from the oil level in the storage room and from the oil temperature within wide limits.
- Automatic shut-off of the supply of the oil-gas mixture to the pump chamber of the vacuum pump when it stops.
- Achieve these goals with the simplest of means.

Das wird durch die Erfindung auf folgende Weise erreicht (siehe Abbildungen 1 und 2)
Auf der Welle der Vakuumpumpe 1 ist eine Hilfspumpe 2 angeordnet, die vorzugsweise als Drehschieberpumpe mit mindestens drei Schiebern 3 ausgebildet ist.
- Die Hilfspumpte hat zwei Ansaugöffnungen, eine für Gas 4 (Luft), welche oberhalb des höchsten Ölstandes im Ölvorratsraum endet, und eine für Öl 5, welche unterhalb des niedrigsten Ölstandes endet.
- Die Hilfspumpe hat eine Ausstoßöffnung (6), welche in den Schöpfraum der Vakuumpumpe mündet, wobei zwischen Hilfspumpe und Schöpfraum ein federbe­lastetes Ventil 7 angordnet ist, welches erst bei einer Druckdifferenz von mehr als 1 bar öffnet.
- Der Schöpfraum der Hilfspumpe ist so ausgebildet und die Lage der beiden Ansaugöffnungen ist so gewählt, daß die Hilfspumpe zunächst eine kleine Menge Luft ansaugt und sich anschließend ihr Schöpfraum mit Öl auffüllt.
- Bei der weiteren Drehung des Pumpenrotor 2 werden Öl und Gas intensiv gemischt und gemeinsam über das federbelastete Ventil 7 in den Schöpfraum der Vakuumpumpe gedrückt.
- Bei Stillstand der Anordnung schließt das federbe­lastete Ventil 7 und dichtet die Vakuumpumpe an dieser Stelle ab.This is achieved by the invention in the following way (see Figures 1 and 2)
An auxiliary pump 2 is arranged on the shaft of the vacuum pump 1, which is preferably designed as a rotary vane pump with at least three vanes 3.
- The auxiliary pump has two suction openings, one for gas 4 (air), which ends above the highest oil level in the oil reservoir, and one for oil 5, which ends below the lowest oil level.
- The auxiliary pump has an ejection opening (6) which opens into the pumping chamber of the vacuum pump, a spring-loaded valve 7 being arranged between the auxiliary pump and the pumping chamber, which valve opens only at a pressure difference of more than 1 bar.
- The pumping chamber of the auxiliary pump is designed and the position of the two suction openings is selected so that the auxiliary pump first draws in a small amount of air and then fills its pumping chamber with oil.
- With the further rotation of the pump rotor 2, oil and gas are mixed intensively and pressed together via the spring-loaded valve 7 into the pump chamber of the vacuum pump.
- When the arrangement is at a standstill, the spring-loaded valve 7 closes and seals the vacuum pump at this point.

Es ist selbstverständlich, daß auch das Auspuffventil der Vorvakuumpumpe und ein eventuell vorhandenes Gas­ballastventil bei Stillstand derselben vakuumdicht schließen müssen, um ein Belüften der Appartur zu ver­hindern. Dafür sind einfache Lösungen bekannt; sie werden hier nicht näher beschrieben, gewinnen aber im Zusammenhang mit der Erfindung besondere Bedeutung.It goes without saying that the exhaust valve of the fore-vacuum pump and any gas ballast valve, if present, must also close in a vacuum-tight manner in order to prevent ventilation of the apartment. Simple solutions are known for this; they are not described in detail here, but are of particular importance in connection with the invention.

Praktische Versuche zeigen, daß eine genaue Dosierung der angesaugten, sehr kleinen Gasmenge vorteilhaft da­durch erreicht werden kann, daß die äußere Kontur des Schöpfraums der Hilfspumpe 8 sich im Bereich zwischen der Gasansaugöffnung und der Ölansaugöffnung nur wenig von dem Pumpenrotor entfernt, damit das Saugvermögen der Hilfspumpe für Gas entsprechend gering bleibt. Nach dem Passieren der Ölansaugöffnung soll die Kontur sich stärker vom Rotor lösen, um für Öl ein größeres Saug­vermögen zu erreichen und gleichzeitig eine gute Durch­mischung Öl/Gas zu erzielen. Die Kapselkontur erhält damit eine unrunde Form, die aus CNC-Maschinen aber leicht herzustellen ist.Practical tests show that a precise metering of the very small amount of gas drawn in can advantageously be achieved in that the outer contour of the pump chamber of the auxiliary pump 8 moves only a little away from the pump rotor in the area between the gas suction opening and the oil suction opening, so that the pumping speed of the auxiliary pump remains correspondingly low for gas. After passing through the oil intake opening, the contour should become more detached from the rotor in order to achieve a higher pumping speed for oil and at the same time achieve good oil / gas mixing. This gives the capsule contour an out-of-round shape that is easy to manufacture from CNC machines.

Da heute die meisten Vorvakuumpumpen ohnhin mit Öl­förderpumpen auf der Pumpenwelle ausgerüstet werden, besteht der zusätzliche Aufwand der Erfindung lediglich in der besonderen Ausbildung dieser Ölförderpumpe und in der Anordnung eines federbelasteten Ventils in der Öl­förderleitung. Der dafür erforderliche Aufwand und auch der Platzbedarf sind aber nur Bruchteile derjenigen, die heute z. B. für ein automatisch arbeitendes Saugstutzen­ventil eingesetzt werden müssen.Since most forevacuum pumps are equipped with oil pumps on the pump shaft anyway, the additional effort of the invention consists only in the special design of this oil pump and in the arrangement of a spring-loaded valve in the oil delivery line. The effort required and the space required are only a fraction of those who today, for. B. must be used for an automatically working intake valve.

Claims (7)

1. Ölgedichtete Vorvakuumpumpe mit einer auf der Pumpenwelle angeordneten Hilfspumpe für die Ölver­sorgung des Schöpfraums, welche vorzugsweise als Drehschieberpumpe mit mindestens 3 Schiebern ausge­bildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Schöpfraum der Hilfspumpe zwei getrennte Ansaugöffnungen münden, von denen die eine Gas, die andere Öl aus dem Gas-/Öl-Vorratsraum der Vorvakuum­pumpe ansaugt.1. Oil-sealed backing pump with an auxiliary pump arranged on the pump shaft for the oil supply to the pumping chamber, which is preferably designed as a rotary vane pump with at least 3 valves.
characterized,
that two separate suction openings open into the pump chamber of the auxiliary pump, one of which draws gas and the other oil from the gas / oil storage space of the forevacuum pump. 2. Vorvakuumpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gasansaugkanal oberhalb des höchstzulässigen Ölstandes, der Ölansaugkanal unterhalb des niedrigstzulässigen Ölstandes beginnt.2. backing pump according to claim 1,
characterized,
that the gas intake duct begins above the highest permissible oil level, the oil intake duct below the lowest permissible oil level. 3. Vorvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Kontur des Schöpfraumes der Hilfs­pumpe derart von der üblichen Kreisform abweicht, daß das Volumen des Ansaugraumes nach dem Durchgang eines Schiebers vor Gasansaugöffnung zunächst nur langsam zunimmt, um nach dem Durchgang vor der Öl­ansaugöffnung schneller zuzunehmen.3. backing pump according to claim 1 or 2,
characterized,
that the outer contour of the pumping chamber of the auxiliary pump deviates from the usual circular shape in such a way that the volume of the suction chamber increases only slowly after the passage of a slide in front of the gas suction opening in order to increase more quickly after the passage in front of the oil suction opening. 4. Vorvakuumpumpe nach den Ansprüchen 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich unabhängig von der Winkelstellung des Rotors der Hilfspumpe immer ein Schieber zwischen der Gasansaugöffnung und der Ölansaugöffnung be­findet.4. backing pump according to claims 1-3,
characterized,
that regardless of the angular position of the rotor of the auxiliary pump, there is always a slide between the gas suction opening and the oil suction opening. 5. Vorvakuumpumpe nach den Anspüchen 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Ausstoßöffnung der Hilfspumpe und dem Schöpfraum der Vorvakuumpumpe in dem Ölfluß ein federbelastetes Ventil angeordnet ist, welches erst bei einer Druckdifferenz von mehr als 1 bar den Ölfluß freigibt.5. backing pump according to claims 1 - 4,
characterized,
that between the discharge opening of the auxiliary pump and the scoop of the backing pump in the oil flow a spring-loaded valve is arranged, which only releases the oil flow at a pressure difference of more than 1 bar. 6. Vorvakuumpumpe nach den Ansprüchen 1- 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einem bei Stillstand der Pumpe vakuum­dicht schließenden Auspuffventil ausgerüstet ist.6. backing pump according to claims 1- 5,
characterized,
that it is equipped with an exhaust valve that closes in a vacuum-tight manner when the pump is at a standstill. 7. Vorvakuumpumpe nach den Ansprüchen 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einer bei Stillstand automatischen ein­tretenden Unterbrechnung einer gegebenenfalls vor­handenen Gasballastzufuhr ausgerüstet ist.7. backing pump according to claims 1-6,
characterized,
that it is equipped with an automatic interruption of a possibly existing gas ballast supply that comes to a standstill.

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