EP0922165A1 - Inlet valve with a choke effect and multi-stage piston vacuum pump - Google Patents

Inlet valve with a choke effect and multi-stage piston vacuum pump

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EP0922165A1
EP0922165A1 EP97944768A EP97944768A EP0922165A1 EP 0922165 A1 EP0922165 A1 EP 0922165A1 EP 97944768 A EP97944768 A EP 97944768A EP 97944768 A EP97944768 A EP 97944768A EP 0922165 A1 EP0922165 A1 EP 0922165A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum pump
pump according
inlet
piston
outlet
Prior art date
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Granted
Application number
EP97944768A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0922165B1 (en
Inventor
Jürgen Meyer
Rudolf Bahnen
Hans-Josef Burghard
Wolfgang Giebmanns
Bernd Tennemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Leybold Vakuum GmbH
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Publication date
Application filed by Leybold Vakuum GmbH filed Critical Leybold Vakuum GmbH
Publication of EP0922165A1 publication Critical patent/EP0922165A1/en
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Publication of EP0922165B1 publication Critical patent/EP0922165B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
    • 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
    • F04B25/00—Multi-stage pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with the features of the preamble of claim 1.
  • a vacuum pump of this type designed as a piston pump is known from US-A-48 54 825.
  • two cylindrical compression chambers of two of the four stepped cylinders are connected in parallel on the inlet side and form a first pump stage.
  • the cylindrical compression chamber of a third cylinder forms the second stage of the pump.
  • the annular compression chambers of the three cylinders, the cylindrical compression chambers of which form the first and second pump stages, are not equipped with inlets; they have no pump function.
  • the cylindrical compression chamber of the fourth cylinder forms a third stage of the vacuum pump. Its outlet is directly connected to the outlet of the pump.
  • the annular compression chamber of this stepped cylinder also has a pumping function; however, together with its inlet and outlet, it merely forms a bypass to the gases flowing directly from the third pump stage, ie that only a part of the gases emerging from the outlet of the third pump stage reaches the outlet of the pump via this annular compression chamber.
  • This ring-shaped compression chamber does not form a real fourth pump stage.
  • the present invention has for its object to easily avoid excess pressures arising in a vacuum pump due to the accumulation of large amounts of gas.
  • a differential pressure controlled inlet valve of the type according to the invention is simple and robust. Constructional measures in the vacuum pump and / or a second outlet valve are not necessary.
  • FIGS. 1 and 7 Further advantages and details of the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 and 7.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a vacuum pump designed as a piston pump according to the invention
  • FIG. 2 one of the cylinder-piston systems on the inlet side with an inlet valve controlled by differential pressure
  • Figures 3 to 7 further embodiments for differential pressure controlled valves and
  • Figure 8 is a diagram showing the pumping speed as a function of the inlet pressure.
  • the piston vacuum pump 1 shown in Figure 1 comprises the housing 2, the inlet 3 and the outlet 4. Inside the housing are four cylinder-piston systems 11, 21, 31 and 41, which are essentially identical. They are arranged in pairs opposite one another - preferably in one plane - in such a way that their pistons can be driven via a common crankshaft 5.
  • the drive motor is designated 6.
  • the cylinder-piston system 11 has the cylinder 12 and the piston 13. Both are stepped so that they form a cylindrical compression chamber 14 and an annular compression chamber 15 in a manner known per se.
  • the cylindrical compression chamber 14 has the inlet 16 and the outlet 17, the annular compression chamber 15 has the inlet 18 and the outlet 19.
  • the inlets 16 and 18 are formed as annular grooves in the wall of the cylinder 12, so that the movement of the piston 13 causes the inlets to open and close.
  • the outlets 17 and 19 are equipped with valves, not shown in detail.
  • the cylinder-piston system 21, 31 and 41 are designed accordingly and provided with corresponding reference numerals.
  • the inlet 3 via the line 51 - for example with the valve 52 - with the inlets 16, 18, 26, 28 of the compression chambers 14, 15, 24 and 25, which components of the piston-cylinder system Steme 11 and 21 are connected.
  • the lines adjoining the outlets 17, 19, 27 and 29 of the compression chambers of the first stage all flow into line 55, which with the Inlets 36, 38 of the compression chambers 34, 35 are connected. These are components of the piston-cylinder system 31.
  • the compression chambers 34, 35 which are also connected in parallel, form the second pump stage of the piston vacuum pump 1, indicated by the dash-dotted line 57.
  • This compression chamber 44 forms the third pumping stage of the piston vacuum pump 1 (see dash-dotted line 61).
  • the outlet 47 of the compression chamber 44 is connected via line 62 to the inlet 48 of the annular compression chamber 45, which is also part of the piston-cylinder system 41.
  • the outlet 49 of the annular compression chamber 45 communicates with the outlet 4 of the piston vacuum pump 1.
  • the compression chamber 45 forms the fourth pumping stage of the piston vacuum pump 1 (dashed line 63).
  • a nozzle 64 is also indicated in FIG. 1, via which the compression space 45 is connected to the interior of the housing 2 of the pump 1.
  • the size of the nozzle 64 is selected so that a negative pressure of a few hundred milibars is established in the housing 2.
  • the requirements for the sealing quality of the gap between the pistons and the cylinders in their areas adjacent to the interior of the housing can thereby be further reduced.
  • FIG. 2 again shows the piston-cylinder system 11 with its compression chambers 14 and 15.
  • the inlets 16 and 18 of these chambers are (together with the inlets 26, 28 of the second piston-cylinder system 21) via the valve 52 with the inlet 3 of the vacuum pump in connection.
  • the valve 52 fulfills the function of throttling the relatively large amounts of gas occurring in a first pumping phase or temporarily holding it back to such an extent that overpressures do not occur in the pump 1.
  • the valve 52 has a chamber 65 with an inlet opening 66, an outlet opening 67 and a passage opening 72. At the level of the passage opening 72, the chamber is conical.
  • a closure body 68 With the aid of two axially arranged springs, preferably compression springs 70 and 71, the closure body 68, which is spherical in shape on the outlet side, is guided against rotation. Without gas flow, the compression springs keep the breech in suspension.
  • FIG. 3 shows a modification of the valve 52 according to FIG. 2.
  • the closure body 68 is designed as a disk.
  • a sealing ring 73 surrounding the opening 72 is assigned to its outer edge.
  • valves 52 The following about the function of the valves 52 according to FIGS. 2 and 3:
  • the approximately hemispherical closure body 68 according to FIG. 2 lies against the conical section of the chamber 65 (upper illustration of the valve 52 m in FIG. 2). 3, the disk 68 of the seal 73 rests.
  • the passage openings 72 are each - except for the hole or opening 69 - closed. Only the gas passing through the bore or opening 69 gets into the pump 1.
  • the suction capacity is throttled.
  • the length and length of the bore or opening 69 are selected such that excess pressures m of the pump 1 do not occur.
  • the closure body 68 lifts off its seat so that gases can flow around it.
  • the flow cross section 72 in the area of the valve 52 increases drastically, so that the suction capacity of the pump 1 is no longer limited by the valve 52.
  • the differential pressure at which the closure body 68 is lifted off its seat can be adjusted.
  • FIGS. 4 to 7 show further variants for a pressure-dependent inlet valve 52.
  • Elastic disks 74 to 77 are provided as closure bodies and are only attached to the housing at one point.
  • the disks 74, 76 and 77 have central openings 78, 79 and 80, respectively.
  • the disk 75 is assigned a constantly open bypass opening 81.
  • the outer edges of the disks 74 to 77 are assigned seats 82 to 85 surrounding the passage cross section 72 and 72 ', respectively.
  • the elastic valve disks are curved in the direction of the opening 66 such that they only fit their seats in the area of their attachment point. In their rest position, they essentially open the eternal passage opening 72 or 72 '.
  • the disks 74 to 77 lie completely on their seats 82 to 85.
  • the pumping speed is reduced in each case. It is determined by the size of the openings 78, 79, 80 m of the disks 74, 76, 77 and by the bypass opening 81 (in the embodiment of Figure 5). If the pressure decreases on the inlet side, the disks 74 to 77 lift off their seats 82 to 84 and each release their passage cross sections 72 or 72 '. The full pumping speed is then available.
  • two valve systems 76, 84 and 77, 85 are arranged one behind the other.
  • the opening 79 in the suction-side disk 76 is larger than the opening 80 in the outlet-side disk 77.
  • FIG. 7 corresponds to the embodiment according to FIG. 5.
  • a rigid disk 8 is provided. It is attached to the valve seat 83 with two substantially opposite points of the edge. The fastening points of the disk 88 are under the action of springs 89 and 90, in such a way that one of the springs (spring 89) acts in the closing direction and the other (spring 90) acts in the opening direction.
  • FIG. 8 shows the course of the pumping speed S as a function of the pressure p for the solutions according to FIGS. 2 to 5 (solid curve 86) and for the solution according to FIG. 6 (dash-dotted curve 87), in which two valve systems 76, 83 and 77, 84 are arranged one behind the other.
  • the pumping speed is low at high pressures (greater than p * ⁇ ).
  • the closure bodies or disks 68, 74, 75 each release their passage openings 72.
  • the pumping speed increases up to its maximum value.
  • the valve disk 76 first releases its associated passage opening 72 at P2.
  • the pumping speed increases to a value that is still in place through the opening 80 in the seat 85 thereof Disk 77 is determined. If the pressure continues to decrease to P3, the disk 76 also releases its passage opening 72 ', so that the suction capacity assumes its maximum value.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

The invention concerns a vacuum pump (1) having an inlet (3) and an outlet (4). According to the invention, in order to prevent disturbance from excess pressure in the pump (1) when it is started, a differential-pressure-controlled inlet valve (52) is provided which chokes the pumping capacity at high inlet pressure.

Description

EINTRITTSVENTIL MIT DROSSELEFFEKT UND MEHRSTUFIGE KOLBENVAKUUMPUMPEINLET VALVE WITH THROTTLE EFFECT AND MULTI-STAGE PISTON VACUUM PUMP
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a vacuum pump with the features of the preamble of claim 1.
Eine als Kolbenpumpe ausgebildete Vakuumpumpe dieser Art ist aus der US-A-48 54 825 bekannt. Bei dieser Pumpe nach dem Stand der Technik sind eintrittsseitig zwei zylindrische Kompressionskammern von zwei der vier gestuften Zylinder parallel geschaltet und bilden eine erste Pumpstufe. Die zylindrische Kompressionskammer eines dritten Zylinders bildet die zweite Stufe der Pumpe. Die ringförmigen Kompressionskammern der drei Zylinder, deren zylindrische Kompressionskammern die erste und die zweite Pumpstufe bilden, sind nicht mit Einlassen ausgerüstet; sie haben keine Pumpfunktion. Die zylindrische Kompressionskammer des vierten Zylinders bildet eine dritte Stufe der Vakuumpumpe. Ihr Auslaß steht unmittelbar mit dem Austritt der Pumpe in Verbindung. Die ringförmige Kompressionskammer dieses Stufen-Zylinders hat zwar ebenfalls Pumpfunktion; sie bildet jedoch zusammen mit ihrem Einlaß und ihrem Auslaß lediglich einen Bypass zu den aus der dritten Pumpstufe dem Austritt unmittelbar zuströmenden Gase, d.h., daß nur ein Teil der aus dem Auslaß der dritten Pumpstufe austretenden Gase über diese ringförmige Kompressionskammer zum Austritt der Pumpe gelangt. Eine echte vierte Pumpstufe bildet diese ringförmige Kompressionskammer nicht. Bei der beschriebenen Kolbenvakuumpumpe im besonderen und auch bei anderen ein- und mehrstufigen Vakuumpumpen im allgemeinen besteht das Problem, daß in einer ersten Pumpphase, ausgehend von Atmospharendruck, relativ große Gasmengen anfallen. Diese werden durch die Pumpe gefordert und von der oder den Pumpstufen komprimiert, was störende, häufig schädliche Überdrucke in der Pumpe zur Folge hat. Bei der aus der US-A-48 54 825 bekannten Pumpe werden Überdrucke dieser Art dadurch vermieden, daß der Auslaß der ersten Pumpstufe über eine Bypasslei- tung unmittelbar mit einem als Ruckschlagventil ausgebildeten Auslaßventil verbunden ist. Diese Losung ist technisch aufwendig und setzt die Existenz von zwei Aushilfsventilen voraus.A vacuum pump of this type designed as a piston pump is known from US-A-48 54 825. In this pump according to the prior art, two cylindrical compression chambers of two of the four stepped cylinders are connected in parallel on the inlet side and form a first pump stage. The cylindrical compression chamber of a third cylinder forms the second stage of the pump. The annular compression chambers of the three cylinders, the cylindrical compression chambers of which form the first and second pump stages, are not equipped with inlets; they have no pump function. The cylindrical compression chamber of the fourth cylinder forms a third stage of the vacuum pump. Its outlet is directly connected to the outlet of the pump. The annular compression chamber of this stepped cylinder also has a pumping function; however, together with its inlet and outlet, it merely forms a bypass to the gases flowing directly from the third pump stage, ie that only a part of the gases emerging from the outlet of the third pump stage reaches the outlet of the pump via this annular compression chamber. This ring-shaped compression chamber does not form a real fourth pump stage. The problem with the described piston vacuum pump in particular and also with other single-stage and multi-stage vacuum pumps in general is that relatively large amounts of gas are produced in a first pumping phase, starting from atmospheric pressure. These are demanded by the pump and compressed by the pump stage (s), which results in disturbing, often harmful overpressures in the pump. In the pump known from US-A-48 54 825, overpressures of this type are avoided in that the outlet of the first pump stage is connected via a bypass line directly to an outlet valve designed as a check valve. This solution is technically complex and requires the existence of two auxiliary valves.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Vakuumpumpe infolge des Anfallens großer Gasmengen entstehende Überdrucke m einfacher Weise zu vermeiden .The present invention has for its object to easily avoid excess pressures arising in a vacuum pump due to the accumulation of large amounts of gas.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch die kennzei- chenden Merkmale der Patentansprüche gehört .According to the invention, this object is heard by the characterizing features of the claims.
Ein differenzdruckgesteuertes Eintrittsventil der erfindungsgemäßen Art ist einfach und robust. Bauliche Maßnahmen in der Vakuumpumpe und/oder ein zweites Austrittsventil sind nicht erforderlich.A differential pressure controlled inlet valve of the type according to the invention is simple and robust. Constructional measures in the vacuum pump and / or a second outlet valve are not necessary.
Besonders zweckmäßig ist der Einsatz der Erfindung in einer mehrstufigen Kolbenvakuumpumpe, wie sie beispielsweise aus der US-A-48 54 825 bekannt ist. Dieses gilt insbesondere dann, wenn sie entsprechend den Ansprüchen 11 bis 14 ein verbessertes Saugvermogen und eine verbesserte Kompression aufweist.It is particularly useful to use the invention in a multi-stage piston vacuum pump, as is known, for example, from US Pat. No. 4,854,825. This applies in particular if it has an improved suction capacity and an improved compression in accordance with claims 11 to 14.
Dadurch, daß eintrittsseitig vier Kompressionskammern parallel geschaltet sind, ergibt sich ein besonders ho- hes Ansaugvermögen. Außerdem wird durch insgesamt vier Pumpstufen mit insgesamt acht Kompressions kammern eine hohe Kompression erreicht. Mit Pumpen der erfindungsgemäßen Art lassen sich Enddrücke von 10-'*- mbar bei relativ hohem Saugvermögen erzeugen, so daß sie bei Applikationen, bei denen Arbeitskammern immer wieder relativ schnell auf niedrige Drücke evakuiert werden müssen, wie zum Beispiel die Schleusen von Halbleiter-Beschichtungs- anlagen, besonders geeignet sind. Bei der Herstellung der Zylinder-Kolben-Systeme müssen besonders hohe Toleranzen nicht eingehalten werden. Der Grund dafür liegt in der besonderen Zuordnung der Kompressionskammern. Während des Betriebs der drei Zylinder-Kolben-Systeme, welche die ersten beiden Pumpstufen bilden, herrschen jeweils in den vom Kolben getrennten Kompressionskammern etwa gleiche Drücke, so daß an die Abdichtung zwischen Zylinder und Kolben keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen. Beim vierten Zylinder-Kolben-System treten zwar unterschiedliche Drücke in den beiden Kompressionskammern auf; da dieses Zylinder-Kolben-System jedoch austrittsseitig gelegen ist, sind die auftretenden Druckverhältnisse nicht mehr hoch.The fact that four compression chambers are connected in parallel on the inlet side results in a particularly high hes suction capacity. In addition, a high level of compression is achieved through a total of four pump stages with a total of eight compression chambers. Pumps of the type according to the invention can produce final pressures of 10 −1 mbar at a relatively high pumping speed, so that they have to be evacuated to low pressures again and again in applications in which working chambers have to be evacuated relatively quickly, for example the locks of semiconductor coating - systems that are particularly suitable. Particularly high tolerances do not have to be observed when manufacturing the cylinder-piston systems. The reason for this is the special assignment of the compression chambers. During the operation of the three cylinder-piston systems, which form the first two pump stages, approximately the same pressures prevail in the compression chambers separated from the piston, so that no high demands have to be made on the seal between cylinder and piston. With the fourth cylinder-piston system, different pressures occur in the two compression chambers; however, since this cylinder-piston system is located on the outlet side, the pressure conditions that occur are no longer high.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.Further advantages and details of the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 and 7.
Es zeigenShow it
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine als Kolbenpumpe ausgebildete Vakuumpumpe nach der Erfindung,FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a vacuum pump designed as a piston pump according to the invention,
Figur 2 eines der eintrittsseitig gelegenen Zylinder-Kolben-Systeme mit einem differenzdruckgesteu- erten Eintrittsventil, Figuren 3 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele für differenzdruckgesteuerte Ventile undFIG. 2 one of the cylinder-piston systems on the inlet side with an inlet valve controlled by differential pressure, Figures 3 to 7 further embodiments for differential pressure controlled valves and
Figur 8 ein Diagramm, in dem das Saugvermögen in Abhängigkeit vom Einlassdruck dargestellt ist.Figure 8 is a diagram showing the pumping speed as a function of the inlet pressure.
Die in Figur 1 dargestellte KolbenVakuumpumpe 1 umfaßt das Gehäuse 2, den Eintritt 3 und den Austritt 4. Innerhalb des Gehäuses befinden sich vier Zylinder-Kolben-Systeme 11, 21, 31 und 41, die im wesentlichen identisch ausgebildet sind. Sie sind derart paarweise einander gegenüberliegend - vorzugsweise in einer Ebene - angeordnet, daß ihre Kolben über eine gemeinsame Kurbelwelle 5 angetrieben werden können. Der Antriebsmotor ist mit 6 bezeichnet .The piston vacuum pump 1 shown in Figure 1 comprises the housing 2, the inlet 3 and the outlet 4. Inside the housing are four cylinder-piston systems 11, 21, 31 and 41, which are essentially identical. They are arranged in pairs opposite one another - preferably in one plane - in such a way that their pistons can be driven via a common crankshaft 5. The drive motor is designated 6.
Das Zylinder-Kolben-System 11 weist den Zylinder 12 und den Kolben 13 auf. Beide sind gestuft, so daß sie in an sich bekannter Weise eine zylindrische Kompressionskammer 14 und eine ringförmige Kompressionskammer 15 bilden. Die zylindrische Kompressionskammer 14 weist den Einlaß 16 und den Auslaß 17, die ringförmige Kompressionskammer 15 den Einlaß 18 und den Auslaß 19 auf. Die Einlasse 16 und 18 sind als Ringnuten in der Wandung des Zylinders 12 ausgebildet, so daß die Bewegung des Kolbens 13 das Öffnen und Schließen der Einlasse bewirkt. Die Auslässe 17 und 19 sind mit im einzelnen nicht dargestellten Ventilen ausgerüstet.The cylinder-piston system 11 has the cylinder 12 and the piston 13. Both are stepped so that they form a cylindrical compression chamber 14 and an annular compression chamber 15 in a manner known per se. The cylindrical compression chamber 14 has the inlet 16 and the outlet 17, the annular compression chamber 15 has the inlet 18 and the outlet 19. The inlets 16 and 18 are formed as annular grooves in the wall of the cylinder 12, so that the movement of the piston 13 causes the inlets to open and close. The outlets 17 and 19 are equipped with valves, not shown in detail.
Die Zylinder-Kolben-System 21, 31 und 41 sind entsprechend ausgebildet und mit korrespondierenden Bezugszeichen versehen.The cylinder-piston system 21, 31 and 41 are designed accordingly and provided with corresponding reference numerals.
Entsprechend dem Erfindungsvorschlag ist der Eintritt 3 über die Leitung 51 - z.B. mit dem Ventil 52 - mit den Einlassen 16, 18, 26, 28 der Kompressionskammern 14, 15, 24 und 25, welche Bestandteile der Kolben-Zylinder-Sy- steme 11 und 21 sind, verbunden. Die genannten, parallel geschalteten Kompressionskammern bilden eine erste Pumpstufe der KolbenVakuumpumpe 1, angedeutet durch die strichpunktierte Linie 54. Die sich an die Auslasse 17, 19, 27 und 29 der Kompressionskammern der ersten Stufe anschließenden Leitungen munden samtlich in die Leitung 55, die mit den Einlassen 36, 38 der Kompressionskammern 34, 35 verbunden sind. Diese sind Bestandteile des Kolben-Zylinder-Systems 31. Die ebenfalls parallel geschalteten Kompressionskammern 34, 35 bilden die zweite Pumpstufe der Kolbenvakuumpumpe 1, angedeutet durch die strichpunktierte Linie 57. Die sich an die Auslasse 37, 39 der Kompressionskammern 34, 35 anschließenden Leitungen munden in die Leitung 59, die mit dem Einlaß 46 der zylindrischen Kompressionskammer 44 verbunden ist, welche Bestandteil des Zylinder-Kolben-Systems 41 ist. Diese Kompressionskammer 44 bildet die dritte Pumpstufe der Kolbenvakuumpumpe 1 (siehe strichpunktierte Linie 61) . Der Auslaß 47 der Kompressionskammer 44 steht über die Leitung 62 mit dem Einlaß 48 der ringförmigen Kompressionskammer 45 in Verbindung, welche ebenfalls Bestandteil des Kolben-Zylinder-Systems 41 ist. Der Auslaß 49 der ringförmigen Kompressionskammer 45 steht mit dem Austritt 4 der Kolbenvakuumpumpe 1 in Verbindung. Die Kompressionskammer 45 bildet die vierte Pumpstufe der Kolbenvakuumpumpe 1 (gestrichelte Linie 63) .According to the proposal of the invention, the inlet 3 via the line 51 - for example with the valve 52 - with the inlets 16, 18, 26, 28 of the compression chambers 14, 15, 24 and 25, which components of the piston-cylinder system Steme 11 and 21 are connected. The compression chambers mentioned, connected in parallel, form a first pump stage of the piston vacuum pump 1, indicated by the dash-dotted line 54. The lines adjoining the outlets 17, 19, 27 and 29 of the compression chambers of the first stage all flow into line 55, which with the Inlets 36, 38 of the compression chambers 34, 35 are connected. These are components of the piston-cylinder system 31. The compression chambers 34, 35, which are also connected in parallel, form the second pump stage of the piston vacuum pump 1, indicated by the dash-dotted line 57. The lines adjoining the outlets 37, 39 of the compression chambers 34, 35 in line 59, which is connected to the inlet 46 of the cylindrical compression chamber 44, which is part of the cylinder-piston system 41. This compression chamber 44 forms the third pumping stage of the piston vacuum pump 1 (see dash-dotted line 61). The outlet 47 of the compression chamber 44 is connected via line 62 to the inlet 48 of the annular compression chamber 45, which is also part of the piston-cylinder system 41. The outlet 49 of the annular compression chamber 45 communicates with the outlet 4 of the piston vacuum pump 1. The compression chamber 45 forms the fourth pumping stage of the piston vacuum pump 1 (dashed line 63).
Angedeutet ist in Figur 1 noch eine Düse 64, über die der Kompressionsraum 45 mit dem Inneren des Gehäuses 2 der Pumpe 1 in Verbindung steht. Die Große der Düse 64 ist so gewählt, daß sich im Gehäuse 2 ein Unterdruck von wenigen hundert Milibar einstellt. Die Anforderungen an die Dichtqualitat des Spaltes zwischen den Kolben und den Zylindern in ihren dem Gehäuseinnern benachbarten Bereichen können dadurch weiter reduziert werden. Figur 2 zeigt nochmals das Kolben-Zylinder-System 11 mit seinen Kompressionskammern 14 und 15. Die Einlasse 16 und 18 dieser Kammern stehen (zusammen mit den Einlassen 26, 28 des zweiten Kolben-Zylinder-Systems 21) über das Ventil 52 mit dem Eintritt 3 der Vakuumpumpe in Verbindung.A nozzle 64 is also indicated in FIG. 1, via which the compression space 45 is connected to the interior of the housing 2 of the pump 1. The size of the nozzle 64 is selected so that a negative pressure of a few hundred milibars is established in the housing 2. The requirements for the sealing quality of the gap between the pistons and the cylinders in their areas adjacent to the interior of the housing can thereby be further reduced. FIG. 2 again shows the piston-cylinder system 11 with its compression chambers 14 and 15. The inlets 16 and 18 of these chambers are (together with the inlets 26, 28 of the second piston-cylinder system 21) via the valve 52 with the inlet 3 of the vacuum pump in connection.
Das Ventil 52 erfüllt die Funktion, die in einer ersten Pumpphase anfallenden, relativ großen Gasmengen zu drosseln bzw. in solchem Umfang zeitweise zurückzuhalten, daß Überdrücke in der Pumpe 1 nicht auftreten. Dazu weist das Ventil 52 eine Kammer 65 mit einer Einlaßöffnung 66, einer Auslaßoffnung 67 und einer Durchtrittsoffnung 72 auf. In Hohe der Durchtrittsoffnung 72 ist die Kammer kegelförmig gestaltet. In der Kammer 65 befindet sich ein Verschlußkorper 68 mit einer zentralen Bohrung bzw. Öffnung 69. Mit Hilfe von zwei axial angeordneten Federn, vorzugsweise Druckfedern 70 und 71 ist der austrittsseitig kugelförmig gestaltete Verschlußkorper 68 verdrehsicher gefuhrt. Ohne Gasstromung halten die Druckfedern den Verschlußkorper in der Schwebe.The valve 52 fulfills the function of throttling the relatively large amounts of gas occurring in a first pumping phase or temporarily holding it back to such an extent that overpressures do not occur in the pump 1. For this purpose, the valve 52 has a chamber 65 with an inlet opening 66, an outlet opening 67 and a passage opening 72. At the level of the passage opening 72, the chamber is conical. In the chamber 65 there is a closure body 68 with a central bore or opening 69. With the aid of two axially arranged springs, preferably compression springs 70 and 71, the closure body 68, which is spherical in shape on the outlet side, is guided against rotation. Without gas flow, the compression springs keep the breech in suspension.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung des Ventiles 52 nach Figur 2. Der Verschlusskorper 68 ist als Scheibe ausgebildet. Ihrem äußeren Rand ist ein die Durchtrittsoffnung 72 umgebender Dichtring 73 zugeordnet.FIG. 3 shows a modification of the valve 52 according to FIG. 2. The closure body 68 is designed as a disk. A sealing ring 73 surrounding the opening 72 is assigned to its outer edge.
Zur Funktion der Ventile 52 nach den Figuren 2 und 3 folgendes :The following about the function of the valves 52 according to FIGS. 2 and 3:
Ist der Druck im zu evakuierenden Rezipienten, angeschlossen an den Eintritt 3, hoch, z.B. Atmospharen- druck, liegt der etwa halbkugelformige Verschlußkorper 68 nach Figur 2 dem kegelförmigen Abschnitt der Kammer 65 an (obere Darstellung des Ventils 52 m Figur 2) . Beim Ventil nach Figur 3 liegt die Scheibe 68 der Dichtung 73 auf. Die Durchtrittsoffnungen 72 sind jeweils - bis auf die Bohrung bzw. Öffnung 69 - geschlossen. Nur durch die Bohrung bzw. Öffnung 69 hindurchtretendes Gas gelangt m die Pumpe 1. Das Saugvermogen ist gedrosselt. Große und Lange der Bohrung bzw. Öffnung 69 sind so gewählt, daß Überdrucke m der Pumpe 1 nicht auftreten.If the pressure in the recipient to be evacuated, connected to the inlet 3, is high, for example atmospheric pressure, the approximately hemispherical closure body 68 according to FIG. 2 lies against the conical section of the chamber 65 (upper illustration of the valve 52 m in FIG. 2). 3, the disk 68 of the seal 73 rests. The passage openings 72 are each - except for the hole or opening 69 - closed. Only the gas passing through the bore or opening 69 gets into the pump 1. The suction capacity is throttled. The length and length of the bore or opening 69 are selected such that excess pressures m of the pump 1 do not occur.
Nimmt der Druck eintrittsseitig ab, hebt sich der Verschlußkorper 68 von seinem Sitz ab, so daß er von Gasen umströmt werden kann. Der Stromungsquerschnitt 72 im Bereich des Ventils 52 nimmt drastisch zu, so daß das Saugvermogen der Pumpe 1 durch das Ventil 52 nicht mehr begrenzt ist. Mit Hilfe der der Druckfedern 70 und 71 ist der Differenzdruck, bei dem das Abheben des Ver- schlußkorpers 68 von seinem Sitz erfolgt, einstellbar.If the pressure decreases on the inlet side, the closure body 68 lifts off its seat so that gases can flow around it. The flow cross section 72 in the area of the valve 52 increases drastically, so that the suction capacity of the pump 1 is no longer limited by the valve 52. With the aid of the pressure springs 70 and 71, the differential pressure at which the closure body 68 is lifted off its seat can be adjusted.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen weitere Varianten für ein druckabhangiges Einlassventil 52. Als Verschlusskorper sind elastische Scheiben 74 bis 77 vorgesehen, die nur an einer Stelle am Gehäuse befestigt sind. Die Scheiben 74, 76 und 77 weisen zentrale Offnungen 78, 79 bzw. 80 auf. Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 5 ist der Scheibe 75 eine standig offene Bypass-Offnung 81 zugeordnet. Den äußeren Randern der Scheiben 74 bis 77 sind jeweils den Durchtrittsquerschnitt 72 bzw. 72' umgebende Sitze 82 bis 85 zugeordnet. Die elastischen Ventilschei- ben sind derart in Richtung Eintπttsoffnung 66 gekrümmt, dass sie nur im Bereich ihres Befestigungspunktes ihren Sitzen anliegen. In ihrer Ruhestellung geben sie damit die eweilige Durchtrittsoffnung 72 bzw. 72' im wesentlichen frei.FIGS. 4 to 7 show further variants for a pressure-dependent inlet valve 52. Elastic disks 74 to 77 are provided as closure bodies and are only attached to the housing at one point. The disks 74, 76 and 77 have central openings 78, 79 and 80, respectively. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the disk 75 is assigned a constantly open bypass opening 81. The outer edges of the disks 74 to 77 are assigned seats 82 to 85 surrounding the passage cross section 72 and 72 ', respectively. The elastic valve disks are curved in the direction of the opening 66 such that they only fit their seats in the area of their attachment point. In their rest position, they essentially open the eternal passage opening 72 or 72 '.
Zur Funktion: Ist der Druck im zu evakuierenden Rezi- pienten hoch, z.B. Atmospharendruck, liegen die Scheiben 74 bis 77 jeweils ihren Sitzen 82 bis 85 vollständig auf. Das Saugvermogen ist jeweils gedrosselt. Es wird bestimmt durch die Große der Offnungen 78, 79, 80 m den Scheiben 74, 76, 77 bzw. durch die Bypass-Offnung 81 (beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5) . Nimmt der Druck eintrittsseitig ab, heben die Scheiben 74 bis 77 von ihren Sitzen 82 bis 84 ab und geben jeweils ihre Durchlassquerschnitte 72 bzw. 72' frei. Das volle Saugvermögen steht dann zur Verfügung.The function: If the pressure in the recipient to be evacuated is high, for example atmospheric pressure, the disks 74 to 77 lie completely on their seats 82 to 85. The pumping speed is reduced in each case. It is determined by the size of the openings 78, 79, 80 m of the disks 74, 76, 77 and by the bypass opening 81 (in the embodiment of Figure 5). If the pressure decreases on the inlet side, the disks 74 to 77 lift off their seats 82 to 84 and each release their passage cross sections 72 or 72 '. The full pumping speed is then available.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 sind zwei Ventilsysteme 76, 84 und 77, 85 hintereinander angeordnet. Die Öffnung 79 in der ansaugseitigen Scheibe 76 ist größer als die Öffnung 80 in der auslassseitigen Scheibe 77.In the exemplary embodiment according to FIG. 6, two valve systems 76, 84 and 77, 85 are arranged one behind the other. The opening 79 in the suction-side disk 76 is larger than the opening 80 in the outlet-side disk 77.
Die Ausführung nach Figur 7 entspricht der Ausführung nach Figur 5. Anstelle der elastischen Scheibe 75 ist eine starre Scheibe 8 vorgesehen. Mit zwei im wesentlichen einander gegenüberliegenden Stellen des Randes ist sie am Ventilsitz 83 befestigt. Die Befestigungspunkte der Scheibe 88 stehen unter der Wirkung von Federn 89 und 90, und zwar derart, dass eine der Federn (Feder 89) in Schließrichtung, die andere (Feder 90) in Öffnungsrichtung wirkt.The embodiment according to FIG. 7 corresponds to the embodiment according to FIG. 5. Instead of the elastic disk 75, a rigid disk 8 is provided. It is attached to the valve seat 83 with two substantially opposite points of the edge. The fastening points of the disk 88 are under the action of springs 89 and 90, in such a way that one of the springs (spring 89) acts in the closing direction and the other (spring 90) acts in the opening direction.
Figur 8 zeigt den Verlauf des Saugvermögens S in Abhängigkeit zum Druck p für die Lösungen nach den Figuren 2 bis 5 (ausgezogene Kurve 86) und für die Lösung nach Figur 6 (strichpunktierte Kurve 87), bei welcher zwei Ventilsysteme 76, 83 und 77, 84 hintereinander angeordnet sind.FIG. 8 shows the course of the pumping speed S as a function of the pressure p for the solutions according to FIGS. 2 to 5 (solid curve 86) and for the solution according to FIG. 6 (dash-dotted curve 87), in which two valve systems 76, 83 and 77, 84 are arranged one behind the other.
Bei den Lösungen mit einem einfachen Ventilsystem ist das Saugvermögen bei hohen Drücken (größer p*^) niedrig. Bei p]_ geben die Verschlusskörper bzw. Scheiben 68, 74, 75 ihre Durchtrittsöffnungen 72 jeweils frei. Das Saugvermögen steigt bis auf seinen maximalen Wert an. Bei der Lösung nach Figur 6 gibt bei P2 zunächst die Ventilscheibe 76 ihre zugehörige Durchtrittsoffnung 72 frei. Das Saugvermögen steigt auf einen Wert, der durch die Öffnung 80 in der ihrem Sitz 85 noch aufliegenden Scheibe 77 bestimmt ist. Nimmt der Druck weiter ab auf P3, gibt auch die Scheibe 76 ihre Durchtrittsoffnung 72' frei, so dass das Saugvermogen seinen maximalen Wert annimmt . In the solutions with a simple valve system, the pumping speed is low at high pressures (greater than p * ^). At p ] _, the closure bodies or disks 68, 74, 75 each release their passage openings 72. The pumping speed increases up to its maximum value. In the case of the solution according to FIG. 6, the valve disk 76 first releases its associated passage opening 72 at P2. The pumping speed increases to a value that is still in place through the opening 80 in the seat 85 thereof Disk 77 is determined. If the pressure continues to decrease to P3, the disk 76 also releases its passage opening 72 ', so that the suction capacity assumes its maximum value.

Claims

Vakuumpumpe mit Eintritt und AustrittPATENTANSPRÜCHE Vacuum pump with entry and exit
Vakuumpumpe mit Eintritt (3) und Austritt (4), da- durch gekennzeichnet, daß ein differenzdruckgesteu- ertes Eintrittsventil (52) vorgesehen ist, welches das Saugvermögen bei hohem Einlassdruck drosselt.Vacuum pump with inlet (3) and outlet (4), characterized in that a differential pressure-controlled inlet valve (52) is provided which throttles the pumping speed at high inlet pressure.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bestandteil des Einlassventils (52) ein Ventilsystem mit einem Verschlussstück und einem Sitz ist, welches bei hohem Einlassdruck bis auf eine Öffnung (78, 79, 80, 81) geschlossen ist.2. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that part of the inlet valve (52) is a valve system with a closure piece and a seat, which is closed at high inlet pressure except for an opening (78, 79, 80, 81).
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (78, 79, 80) im Verschlussstück (74, 76, 77) vorgesehen ist.3. Vacuum pump according to claim 2, characterized in that the opening (78, 79, 80) in the closure piece (74, 76, 77) is provided.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (81) eine Bypass-Öffnung ist.4. Vacuum pump according to claim 2, characterized in that the opening (81) is a bypass opening.
5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (68) zwischen zwei Federn (70, 71) angeordnet ist.5. Vacuum pump according to one of claims 2 to 4, characterized in that the closure piece (68) between two springs (70, 71) is arranged.
6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstuck (68) etwa halbkugelformig ausgebildet ist und dass sein die Durchtrittsoffnung (72) umgebender Sitz etwa kugelförmige Gestalt hat.6. Vacuum pump according to one of claims 2 to 5, characterized in that the closure piece (68) is approximately hemispherical and that its seat surrounding the passage opening (72) has an approximately spherical shape.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstuck die Form einer Scheibe (68, 74, 75, 76, 77, 88) hat.7. Vacuum pump according to one of claims 2 to 5, characterized in that the closure piece has the shape of a disc (68, 74, 75, 76, 77, 88).
8. Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (74, 75, 76, 77) aus elastischem Werkstoff besteht, m Richtung Einlass gekrümmt sind und an nur einer Stelle am Sitz befestigt sind.8. Vacuum pump according to claim 7, characterized in that the disc (74, 75, 76, 77) consists of elastic material, m are curved in the direction of the inlet and are attached to the seat at only one point.
9. Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (88) starr ist und an zwei m wesentlichen einander gegenüberliegenden Stellen ihres Randes über Federn (89, 90) am Ventilsitz befestigt ist, und zwar derart, dass eine Scheibe in Offnungsrichtung, die andere m Schließrichtung wirkt .9. A vacuum pump according to claim 7, characterized in that the disc (88) is rigid and is attached to the valve seat at two substantially opposite points of its edge via springs (89, 90), in such a way that a disc in the opening direction, the other m closing direction works.
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ventilsysteme (76, 84; 77, 85) hintereinander angeordnet sind.10. Vacuum pump according to one of claims 2 to 9, characterized in that two valve systems (76, 84; 77, 85) are arranged one behind the other.
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mehrstufige Kolbenvakuumpumpe ist.11. Vacuum pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is a multi-stage piston vacuum pump.
12. Vakuumpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Eintritt (3) , mit einem Austritt (4) und mit vier gestuften Zylindern (12, 22, 32, 42) ausgerüstet ist, welche zusammen mit jeweils einem gestuften Kolben (13, 23, 33, 43) jeweils eine zylindrische Kompressions kammer (14, 24, 34, 44) und eine ringförmige Kompressionskammer ( (15, 25, 35, 45) bilden, daß sie wahrend ihres Normalbetriebs vier hintereinander geschaltete Pumpstufen (54, 57, 61, 63) aufweist und daß vier parallel geschaltete Kompressionskammern (14, 15, 24, 25) die erste Stufe bilden.12. Vacuum pump according to claim 11, characterized in that it is equipped with an inlet (3), with an outlet (4) and with four stepped cylinders (12, 22, 32, 42), which together with a stepped piston ( 13, 23, 33, 43) each have a cylindrical compression chamber (14, 24, 34, 44) and an annular compression chamber ((15, 25, 35, 45) form that it has four pump stages (54, 57, 61, 63) connected in series during its normal operation and that four compression chambers (14, 15, 24, 25) connected in parallel form the first stage .
13. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der acht Kompressionskammern mit einem Einlaß und mit einem Auslaß ausgerüstet ist, daß der Eintritt (3) der Pumpe (1) mit den Einlassen (16, 18, 26, 28) der vier Kompressionskammern (14, 15, 24, 25) von zwei Zylindern (12, 22) in13. Piston vacuum pump according to claim 12, characterized in that each of the eight compression chambers is equipped with an inlet and with an outlet, that the inlet (3) of the pump (1) with the inlets (16, 18, 26, 28) of the four Compression chambers (14, 15, 24, 25) of two cylinders (12, 22) in
Verbindung steht, daß die Auslasse (17, 19, 27, 29) dieser vier Kompressionskammern mit den beiden Einlassen (36, 38) der beiden Kompressionskammern (34, 35) eines dritten Zylinders (32) verbunden sind, daß die Auslässe (37, 39) dieser beiden Kompressionskammern (34, 35) mit dem Einlaß der zylindrischen Kompressionskammer (44) des vierten Zylinders (41) verbunden sind und daß der Auslaß (47) dieser zylindrischen Kompressionskammer (44) mit dem Einlaß (48) der ringförmigen Kompressions kammer (45) des vierten Zylinders (42) verbunden ist.Connection is established that the outlets (17, 19, 27, 29) of these four compression chambers are connected to the two inlets (36, 38) of the two compression chambers (34, 35) of a third cylinder (32), that the outlets (37, 39) of these two compression chambers (34, 35) are connected to the inlet of the cylindrical compression chamber (44) of the fourth cylinder (41) and that the outlet (47) of this cylindrical compression chamber (44) to the inlet (48) of the annular compression chamber (45) of the fourth cylinder (42) is connected.
14. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Kolben-Systeme (11, 21, 31, 41) derart paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, daß ihre Kolben (13, 23, 33, 43) über eine gemeinsame Kurbelwelle (5) antreibbar sind.14. Piston vacuum pump according to claim 12 or 13, characterized in that the cylinder-piston systems (11, 21, 31, 41) are arranged in pairs opposite one another in such a way that their pistons (13, 23, 33, 43) have a common one Crankshaft (5) can be driven.
15. Kolbenvakuumpumpe nach Anspruch 12, 13 oder 14, da- durch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) mit einem dichten Gehäuse (2) ausgerüstet ist, das über eine Düse (64) mit einer der Kompressionskammern, vorzugsweise mit der austrittseitig gelegenen ringförmigen Kompressionskammer (45), verbunden ist. 15. Piston vacuum pump according to claim 12, 13 or 14, characterized in that the pump (1) is equipped with a sealed housing (2) which via a nozzle (64) with one of the compression chambers, preferably with the annular side located on the outlet side Compression chamber (45) is connected.
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