EP0630446B1 - Ölgedichtete vakuumpumpe - Google Patents

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EP0630446B1
EP0630446B1 EP93903938A EP93903938A EP0630446B1 EP 0630446 B1 EP0630446 B1 EP 0630446B1 EP 93903938 A EP93903938 A EP 93903938A EP 93903938 A EP93903938 A EP 93903938A EP 0630446 B1 EP0630446 B1 EP 0630446B1
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EP
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vacuum pump
switch
oil
pump according
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Josef Hodapp
Winfried Kaiser
Zoltan Szöcs
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Leybold AG
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/021—Control systems for the circulation of the lubricant

Definitions

  • the invention relates to an oil-sealed vacuum pump with the features of the preamble of patent claim 1.
  • Valves suction port valves installed in the inlet port are widely known and are controlled, for example, by centrifugal switches or by changing pressures (oil pressure, outlet pressure) when the pump is stopped.
  • suction nozzle valves are not required. They are operated in such a way that in the event of a power cut-off, intentionally or not, the valve located in the outlet, usually a check valve, and the valve located in the oil supply line, usually a solenoid valve, close. As a result, the scooping space of the vacuum pump is tightly sealed, so that the vacuum in the scooping space of the vacuum pump and thus also in the recipient is maintained when the power is switched off.
  • a vacuum pump with an oil channel is known, which is part of the rotor itself.
  • the oil channel is equipped with a centrifugal valve that is designed to prevent oil from being sucked into the pump's pump chamber when it is at a standstill. An intake of air in the recipient is not prevented; vacuum protection is also not achieved.
  • the present invention has for its object to operate a vacuum pump of the type mentioned in such a way that vacuum protection is not only guaranteed in the event of a power failure.
  • the rotary vane vacuum pump 1 shown in FIG. 1 has a pump housing 2 with a pumping chamber 3.
  • the scoop 3 In the scoop 3 is the rotatably arranged rotor 4, which Rotary valve 5, 6 leads.
  • the inlet connection 7 and the outlet connection 8 are located on the side of the rotor system 6.
  • the recipient, not shown, to be evacuated is connected to the inlet connection 7.
  • the outlet port 8 is equipped with the check valve 9, which always closes the outlet port 8 in a vacuum-tight manner when the pump does not deliver any fluids.
  • the oil supply line 11 also opens into the scooping chamber 3, via which the scooping chamber 3 is continuously supplied with oil from the schematically illustrated oil pan 12. Solenoid valve 13 is switched on in line 11.
  • the rotor 4 is coupled to a drive motor, not shown in FIG. 1. Simultaneously with the switching on and off of the drive motor, the valve 13 is actuated such that it is open when the current is switched on. When the power is switched off - also in the event of a power failure - the valve 13 is closed.
  • FIG. 2 In the functional circuit diagram shown in FIG. 2 for an exemplary embodiment according to the invention, essential components of a single-phase capacitor motor 14 are shown schematically, namely the motor coil 15 (main winding), the motor capacitor 16 and the motor coil 20 (auxiliary winding).
  • the voltage supply takes place via the lines 17, 18, which are connected to the AC voltage source 21 via the switch 19.
  • a temperature sensor 22 is also shown schematically. This is used in a known manner to protect the temperature of the motor 14. If the temperature exceeds a limit value, the motor is automatically switched off (indicated by arrow 23).
  • the valve 13 is also connected to the AC voltage source 21 via the lines 24, 25 and the switch 19. In the event of a power cut, a power failure or an impermissible motor temperature, the valve 13 is closed at the same time as the pump stops.
  • the coil 20 which is connected in series with the motor capacitor, serves as the speed-dependent sensor, via which the voltage U n , which is dependent on the speed n, drops.
  • the value of U n takes its maximum value at the engine idling speed. At speed 0, the value of U n is also small.
  • the value U n is fed to a logic 26, within which the value of U n is continuously compared with a target or limit value. As long as the value of U n is greater than the setpoint, a signal is not forwarded. If the value of U n falls below the setpoint value, then a relay 28 with the switch 29 is actuated via the line 27.
  • the switch 29 is located in the circuit formed by the lines 24, 25, in which the valve 13 is also switched on. The actuation of the relay 28, 29 takes place in such a way that the switch 29 is opened when the setpoint value monitored by the logic 26 is undershot. The result of this opening process is that the solenoid valve 13 closes, even when switch 19 remains closed. This ensures that the oil supply via the supply line 11 is also stopped if a mechanical defect occurs when the switch 19 is closed.
  • the setpoint value of the logic 26 is selected such that it corresponds to the value for U n at 20% of the idle speed of the drive motor 14. If, for example, a mechanical defect occurs in a vacuum pump with a drive motor whose idle speed is 1500 rpm, which causes the speed to drop to 300 rpm, then the switch 29 opens so that the solenoid valve 13 closes Oil supply to the pump chamber is therefore interrupted. This ensures that the vacuum in the connected recipient is maintained. If the pump starts again, the switch 29 and thus the valve 13 are automatically opened again.
  • the drive motor 14 heats up. After a short time, the drive motor 14 is assigned Thermal protection (22, 23) cause the current to be switched off so that the pump comes to a standstill.
  • the logic 26 and the relay 28, 29 are accommodated in a housing 31. They contain - apart from the switch 29 of the relay - no mechanical parts, so that the solution according to the invention is reliable and has a long service life. In addition, the solution according to the invention has the advantage that it works independently of the pressure in the recipient.
  • a semiconductor switch can also be provided, so that mechanical parts are completely eliminated. It is also possible to connect the logic 26 and the switch 29 to one another via an optical coupling link. Finally, it is possible to use a component that has both a logic and a switching function. Power semiconductors of this type are known per se under the name “smart power” module.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer ölgedichteten Vakuumpumpe (1) mit einem mit einem Rückschlagventil (9) versehenen Auslaßstutzen (8), einer in ihren Schöpfraum (3) mündenden, mit einem Ventil (13) ausgerüsteten Ölzuführungsleitung (11) sowie mit einem elektrischen Antriebsmotor (14) für den Rotor (4) mit Spulen (15 und 20) und einem Kondensator (16), bei welchem beim Abschalten der Pumpe (1) oder bei Stromausfall das in der Ölzuführungsleitung (11) befindliche Ventil (13) geschlossen wird; um auch bei einem mechanischen Defekt eine Vakuumsicherung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, daß das in der Ölzuführungsleitung (11) befindliche Ventil (13) zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehzahl n des Rotors (4) bzw. Antriebsmotors (14) derart gesteuert wird, daß es bei normaler Betriebsdrehzahl offen und bei reduzierter Drehzahl geschlossen ist; als Sensor dient zweckmäßig die Hilfwicklung (20) des Antriebsmotors.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine ölgedichtete Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Beim Betrieb von Vakuumpumpen besteht generell das Bedürfnis, daß sowohl bei einem beabsichtigten als auch bei einem unbeabsichtigten Anhalten der Pumpe der an den Einlaßstutzen angeschlossene Rezipient nicht belüftet wird. Vielfach bekannt sind im Einlaßstutzen eingebaute Ventile (Saugstutzenventile) , die beispielsweise über Fliehkraftschalter oder sich beim Anhalten der Pumpe ändernde Drücke (Öldruck, Auslaßdruck) gesteuert werden.
  • Bei Vakuumpumpen der eingangs erwähnten Art sind Saugstutzenventile nicht erforderlich. Sie werden derart betrieben, daß bei einer Stromabschaltung - beabsichtigt oder nicht - das im Auslaß befindliche Ventil, üblicherweise ein Rückschlagventil, sowie das in der Ölzuführungsleitung befindliche Ventil, üblicherweise ein Magnetventil, schließen. Dadurch ist der Schöpfraum der Vakuumpumpe dicht abgeschlossen, so daß das Vakuum im Schöpfraum der Vakuumpumpe und damit auch im Rezipienten bei einer Stromabschaltung aufrecht erhalten bleibt.
  • Tritt jedoch der Fall ein, daß der Rotor der Pumpe blokkiert, z.B. nach einem Schieberbruch oder nach einem Fressen des Rotors, ohne daß dieser Vorgang zunächst mit einem Stromausfall verbunden ist, dann bleibt das in der Ölzuführungsleitung befindliche Ventil offen. Über dieses Ventil gelangt Pumpenöl in den Schöpfraum und damit auch in den unter Vakuum stehenden Rezipienten. Die Folgen sind nicht nur eine Druckerhöhung im Rezipienten sondern auch eine Ölverseuchung des Rezipientens und der darin befindlichen Gegenstände.
  • Aus der DE-A-16 28 245 ist eine Vakuumpumpe mit Luft- und Ölzuführung bekannt. Mit Hilfe aufwendiger mechanischer Mittel wird verhindert, daß beim Anhalten oder bei reduzierter Drehzahl des Rotors Luft in den Schöpfraum der Vakuumpumpe gelangt. Die Gefahr des Ölrückstiegs ist nicht beseitigt; eine Vakuumsicherung im Sinne der vorliegenden Erfindung - Aufrechterhaltung des Vakuums im an die Pumpe angeschlossenen Rezipienten und Verhinderung einer Ölverseuchung des Rezipienten bei Ausfall oder reduzierter Drehzahl der Pumpe - wird nicht erreicht.
  • Aus der DE-A-40 16 015 ist eine Vakuumpumpe mit einem Ölkanal bekannt, der zum Teil Bestandteil des Rotors selbst ist. Im Bereich des Rotors ist der Ölkanal mit einem fliehkraftbetätigten Ventil ausgerüstet, das bei Stillstand ein Ansaugen von Öl in den Schöpfraum der Pumpe verhindern soll. Ein Ansaugen von Luft in den Rezipienten wird jedoch nicht verhindert; eine Vakuumsicherung wird ebenfalls nicht erreicht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art derart zu betreiben, daß eine Vakuumsicherung nicht nur bei Stromausfall gewährleistet ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein in dieser Weise gesteuertes Ölzuführungsventil schließt also nicht nur bei Stromausfall oder Stromabschaltung sondern auch bei einem Stop der Pumpe auf Grund eines mechanischen Defektes. Die Aufrechterhaltung des Vakuums im Rezipienten ist damit auch bei einem mechanischen Defekt sichergestellt; die Gefahr der beschriebenen Ölverseuchungen im Rezipienten ist beseitigt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden. Es zeigen
    • Figur 1
    einen stark vereinfachten Schnitt durch eine Drehschiebervakuumpumpe und
    Figur 2
    ein Funktionsschaltbild.
  • Die in Figur 1 dargestellte Drehschiebervakuumpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 mit einem Schöpfraum 3 auf. Im Schöpfraum 3 befindet sich der drehbar angeordnete Rotor 4, der die Drehschieber 5, 6 führt. Seitlich von der Rotoranlage 6 befinden sich der Einlaßstutzen 7 und der Auslaßstutzen 8. An den Einlaßstutzen 7 wird der zu evakuierende, nicht dargestellte Rezipient angeschlossen. Der Auslaßstutzen 8 ist mit dem Rückschlagventil 9 ausgerüstet, das den Auslaßstutzen 8 immer dann vakuumdicht verschließt, wenn die Pumpe keine Fluide fördert.
  • In den Schöpfraum 3 mündet noch die Ölzuführungsleitung 11, über die der Schöpfraum 3 ständig aus der schematisch dargestellten ölwanne 12 mit Öl versorgt wird. In die Leitung 11 ist das Magnetventil 13 eingeschaltet.
  • Der Rotor 4 ist mit einem in Figur 1 nicht dargestellten Antriebsmotor gekoppelt. Gleichzeitig mit dem An- und Abschalten des Antriebsmotors wird das Ventil 13 derart betätigt, daß es bei eingeschaltetem Strom offen ist. Bei abgeschaltetem Strom - also auch bei Stromausfall - ist das Ventil 13 geschlossen.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Funktionsschaltbild für ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind schematisch wesentliche Bauelemente eines Einphasen-Kondensator-Motors 14 dargestellt, nämlich die Motorspule 15 (Hauptwicklung), der Motorkondensator 16 und die Motorspule 20 (Hilfswicklung). Die Spannungsversorgung erfolgt über die Leitungen 17, 18, die über den Schalter 19 an die Wechselspannungsquelle 21 angeschlossen sind. Zusätzlich ist noch schematisch ein Temperatursensor 22 dargestellt. Dieser dient in bekannter Weise dem Temperaturschutz des Motors 14. Übersteigt die Temperatur einen Grenzwert, dann erfolgt automatisch eine Abschaltung des Motors (angedeutet durch den Pfeil 23).
  • Auch das Ventil 13 ist über die Leitungen 24, 25 und den Schalter 19 an die Wechselspannungsquelle 21 angeschlossen. Im Falle des Stromabschaltens, eines Stromausfalles oder einer unzulässigen Motortemperatur erfolgt deshalb gleichzeitig mit dem Pumpenstop die Schließbewegung des Ventils 13.
  • Als drehzahlabhängiger Sensor dient die in Reihe mit dem Motorkondesator geschaltete Spule 20, über der die von der Drehzahl n abhängige Spannung Un abfällt. Der Wert von Un nimmt seinen maximalen Wert bei der Lehrlaufdrehzahl des Motors an. Bei der Drehzahl 0 ist auch der Wert von Un klein.
  • Der Wert Un wird einer Logik 26 zugeführt, innerhalb der der Wert von Un ständig mit einem Soll- oder Grenzwert verglichen wird. Solange der Wert von Un größer ist als der Sollwert, wird ein Signal nicht weitergeleitet. Unterschreitet der Wert von Un den Sollwert, dann wird über die Leitung 27 ein Relais 28 mit dem Schalter 29 betätigt. Der Schalter 29 liegt in dem von den Leitungen 24, 25 gebildeten Stromkreis, in den auch das Ventil 13 eingeschaltet ist. Die Betätigung des Relais 28, 29 erfolgt in der Weise, daß mit dem Unterschreiten des mit Hilfe der Logik 26 überwachten Sollwertes der Schalter 29 geöffnet wird. Dieser Öffnungsvorgang hat zur Folge, daß das Magnetventil 13 schließt, und zwar auch dann, wenn Schalter 19 noch geschlossen bleibt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Ölversorgung über die Zuleitung 11 auch dann gestoppt wird, wenn bei geschlossenem Schalter 19 ein mechanischer Defekt auftritt.
  • Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel ist der Sollwert der Logik 26 derart gewählt, daß er dem Wert für Un bei 20 % der Lehrlaufdrehzahl des Antriebsmotors 14 entspricht. Tritt also zum Beispiel bei einer Vakuumpumpe mit einem Antriebsmotor, dessen Lehrlaufdrehzahl 1500 U/min beträgt, ein mechanischer Defekt auf, der die Drehzahl auf 300 U/min absinken läßt, dann öffnet sich der Schalter 29, so daß das Magnetventil 13 schließt, die Ölzufuhr zum Schöpfraum also unterbrochen ist. Die Aufrechterhaltung des Vakuums im angeschlossenen Rezipienten ist dadurch sichergestellt. Läuft die Pumpe wieder an, dann erfolgt automatisch wieder eine Öffnung des Schalters 29 und damit des Ventils 13.
  • Unmittelbar nach dem Auftreten eines mechanischen Defektes, der zu einem Anhalten der Pumpe oder zu einer sehr niedrigen Drehzahl des Rotors 4 führt, heizt sich der Antriebsmotor 14 auf. Nach kurzer Zeit wird deshalb der dem Antriebsmotor 14 zugeordnete Thermoschutz (22, 23) die Abschaltung des Stromes bewirken, so daß die Pumpe zum Stillstand kommt.
  • Die Logik 26 und das Relais 28, 29 sind in einem Gehäuse 31 untergebracht. Sie enthalten - bis auf den Schalter 29 des Relais - keine mechanischen Teile, so daß die erfindungsgemäße Lösung zuverlässig ist und eine lange Lebensdauer hat. Außerdem hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß sie unabhängig vom Druck im Rezipienten arbeitet.
  • Anstelle eines Relais kann auch ein Halbleiterschalter vorgesehen sein, so daß mechanische Teile völlig entfallen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Logik 26 und den Schalter 29 über eine optische Koppelstrecke miteinander zu verbinden. Schließlich besteht die Möglichkeit, ein Bauelement einzusetzen, das sowohl Logik- als auch Schaltfunktion hat. Derartige Leistungshalbleiter sind unter dem Namen "Smart-power"-Baustein an sich bekannt.

Claims (8)

  1. Ölgedichtete Vakuumpumpe mit
    - einem Pumpengehäuse (2),
    - einem im Pumpengehäuse befindlichen Schöpfraum (3),
    - einem im Schöpfraum drehbar angeordneten Rotor (4),
    - einem mit einem Rezipienten verbindbaren Einlaßstutzen (7),
    - einem mit einem Rückschlagventil (9) versehenen Auslaßstutzen (8),
    - einer in den Schöpfraum (3) mündenden, mit einem Ventil (13) ausgerüsteten Ölzuführungsleitung (11) sowie mit
    - einem elektrischen Antriebsmotor (14) für den Rotor (4),
    dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (14) mit einem
    drehzahlabhängigen Sensor (20) ausgerüstet ist, daß das Ventil (13) ein elektrisch betätigbares Ventil ist und daß im Stromkreis (24, 25) des Ventils (13) ein Schalter (29) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von den vom Sensor (20) gelieferten Signalen derart gesteuert wird, daß das Ventil (13) bei normaler Betriebsdrehzahl offen und bei reduzierter Drehzahl geschlossen ist.
  2. Ölgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 1, bei der der Antriebsmotor (14) eine erste Motorspule (Hauptwicklung 15), eine zweite Motorspule (Hilfswicklung 20) sowie einen Kondensator (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung (20) den Sensor bildet, indem die über die Spule (20) des Antriebsmotors (14) abfallende Spannung verwendet wird.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Signale des Sensors (20) eine Logik (26) vorgesehen ist.
  4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (26) über eine Signalleitung (27) mit einem Schalter (28, 29) verbunden ist.
  5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Relais (28, 29) ist.
  6. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Halbleiterschalter ist.
  7. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Logik (-26) eine optische Koppelstrecke als Signalleitung anschließt.
  8. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Auswertung der Signale des Sensors (20) ein Bauelement vorgesehen ist, das Logikfunktion und Halbleiterschaltfunktion hat.
EP93903938A 1992-03-14 1993-02-09 Ölgedichtete vakuumpumpe Expired - Lifetime EP0630446B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4208194 1992-03-14
DE4208194A DE4208194A1 (de) 1992-03-14 1992-03-14 Verfahren zum betrieb einer oelgedichteten vakuumpumpe sowie fuer die durchfuehrung dieses verfahrens geeignete vakuumpumpe
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Publications (2)

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EP0630446A1 EP0630446A1 (de) 1994-12-28
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JP (1) JPH07504730A (de)
KR (1) KR950701041A (de)
DE (2) DE4208194A1 (de)
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