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Patent Searching and Data


Title:
VACUUM PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/050545
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an oil-sealed vacuum pump such as a rotary vane pump having at least one pump rotor (12) in a housing (10). Furthermore, an oil reservoir (36) for supplying oil is provided. This serves for sealing the vane (18) for lubrication of bearings and/or for cooling the pump. Furthermore, a heating device is provided. The heating device has a main heating element (44) and an additional heating element (46), wherein the additional heating element (46) is connected to a temperature switch (48). By corresponding switching of the two heating elements (44, 46), a rapid and energy-saving heating of the vacuum pump to the operating temperature and maintaining the temperature between operating cycles can occur. In this case, the additional heating element (46) is in particular only used for heating to the operating temperature.

Inventors:
KAISER ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/072519
Publication Date:
March 22, 2018
Filing Date:
September 07, 2017
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD GMBH (DE)
International Classes:
F04C18/344; F04C29/00
Foreign References:
DE2216930A11973-10-18
JP2012061950A2012-03-29
EP2995818A12016-03-16
CN102155409A2011-08-17
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
VON KIRCHBAUM, Alexander (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vakuumpumpe, insbesondere ölgedichtete Vakuumpumpe, mit mindestens einem in einem Gehäuse (10) angeordneten Pumpenrotor (12), einem Ölreservoir (36) zur Bereitstellung von Öl zur Abdichtung und/oder Schmierung und/oder Kühlung und einer Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung ein Hauptheizelement (44) und ein Zusatzheizelement (46) aufweist, und das Zusatzheizelement (46) mit einem Temperaturschalter (48) verbunden ist.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung zum Erwärmen der Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur und zum Halten der Betriebstemperatur zwischen Betriebszyklen dient.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Hauptheizelements (44) ein Halten der Betriebstemperatur zwischen Betriebszyklen erfolgt.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zusatzheizelements (46) und des Hauptheizelements (44) ein Erwärmen der Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur erfolgt.

5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturschalter (48) das Zusatzheizelement (46) bei Erreichen der Betriebstemperatur abschaltet.

6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptheizelement (44) und/oder das Zusatzheizelement (46) einen Heizwiderstand aufweist.

7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Hauptheizelements (44) derart gewählt ist, dass die Vakuumpumpe zwischen Betriebszyklen auf Betriebstemperatur gehalten wird.

8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptheizelement (44) und/oder das Zusatzheizelement (46) das Öl erwärmt.

9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptheizelement (44) und/oder das Zusatzheizelement im Ölreservoir (46) angeordnet und insbesondere als Stabheizung ausgebildet ist.

10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptheizelement (44) und oder Zusatzheizelement (46) elektrische Heizwiderstände aufweist.

11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptheizelement (44) und/oder das Zusatzheizelement (46) am und/oder im Gehäuse angeordnet und insbesondere als Heizmatte ausgebildet ist.

12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen mit dem Hauptheizelement (44) verbundenen zweiten Temperaturschalter (50). - I I

IS. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern, insbesondere Aus- oder Anschalten eines oder beider Heizelemente während eines Betriebszyklus.

14. Verfahren zum Betreiben, insbesondere zum Erwärmen einer Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur und zum Halten der Betriebstemperatur einer Vakuumpumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem mittels des Hauptheizelements (44) die Vakuumpumpe insbesondere zwischen Betriebszyklen auf Betriebstemperatur gehalten wird und mittels des Zusatzheizelements (46) und des Hauptheizelements (44) die Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur erwärmt wird .

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem das Zusatzheizelement (46) nach Erreichen der Betriebstemperatur abgeschaltet wird .

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem das Hauptheizelement (44) während Betriebszyklen abgeschaltet wird.

Description:
Vakuumpumpe

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe. Insbesondere handelt es sich um eine ölgedichtete Vakuumpumpe wie eine Drehschieberpumpe.

Vakuumpumpen, wie beispielsweise eine ölgedichtete Drehschieberpumpe, weisen in einem Gehäuse einen Pumpenrotor auf. Bei einer Drehschieberpumpe ist der Pumpenrotor in einem zylindrischen Schöpfraum exzentrisch angeordnet. Der Rotor trägt in Schlitzen radial verschiebbare Schieber. Die Schieber liegen an einer Innenseite des Schöpfraums an. Durch Öl erfolgt ein Abdichten zwischen den Schiebern und der Innenwand des Schöpfraums. Ferner dient das Öl zur Kühlung der Drehschieberpumpe sowie üblicherweise zum Schmieren von Lagern. Insbesondere Drehschieberpumpen werden in Applikationen mit sehr kurzen Betriebszyklen eingesetzt. Hierbei kann zwischen den Betriebszyklen ein Abkühlen der Pumpe erfolgen, so dass die Öltemperatur sinkt. Hierdurch steigt die Viskosität des Öls, so dass aufgrund der niedrigen Temperatur ein großes Anlaufmoment beim nächsten Betriebszyklus notwendig ist. Dies führt zu einer Belastung der Schieber. Um die Vakuumpumpe auf einer möglichst konstanten Betriebstemperatur zu halten, ist es bekannt, Heizelemente vorzusehen, die temperaturabhängig geregelt sind. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass die Heizelemente häufig an- und ausgeschaltet werden müssen. Derart hohe Frequenzen von Schaltzyklen verringern die Lebensdauer des Thermoschalters sowie des Heizwiderstands. Aufgabe der Erfindung ist es eine Vakuumpumpe zu schaffen, die eine zuverlässige Heizeinrichtung aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, insbesondere zum Betreiben einer derartigen Pumpe zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 14.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist insbesondere für ölgedichtete Vakuumpumpen geeignet. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Heizeinrichtung für ölgedichtete Vakuumpumpen wie Drehschieberpumpen. Daher wird die Erfindung nachfolgend anhand einer Drehschieberpumpe näher erläutert.

Die vorzugsweise ölgedichtete Vakuumpumpe weist in einem Gehäuse mindestens einen Pumpenrotor auf, bei dem es sich bei einer Drehschieberpumpe um einen Exzenter mit radial verschiebbaren Schiebern handelt, die in einem insbesondere zylindrisch ausgebildeten Schöpfraum angeordnet sind. Ferner weist die Pumpe ein Ölreservoir zur Bereitstellung von Öl auf. Dies dient bei ölgedichteten Vakuumpumpen wie Drehschieberpumpen zur Abdichtung beispielsweise der Schieber an der Innenwand des Schöpfraums. Ferner kann das Öl zur Schmierung von Lagerstellen und dergleichen genutzt werden und dient insbesondere zur Kühlung der Pumpe während des Betriebs.

Erfindungsgemäß weist die Heizeinrichtung ein Hauptheizelement und ein Zusatzheizelement auf, wobei das Zusatzheizelement mit einem Temperaturschalter verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, ein zweites Heizelement, das Zusatzheizelement zuzuschalten, wenn ein erhöhter Wärmebedarf besteht. Dies ist insbesondere beim Aufheizen der Pumpe auf Betriebstemperatur der Fall. Mit Hilfe des Zusatzheizelements ist es somit möglich, die Pumpe in kurzer Zeit auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Sobald die Pumpe die Betriebstemperatur erreicht hat, erfolgt ein Abschalten des Zusatzheizelements. Hierzu ist erfindungsgemäß der Temperaturschalter vorgesehen, der einen Tempera- tursensor aufweist oder mit einem Temperatursensor verbunden ist. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur wie der Betriebstemperatur erfolgt ein Abschalten des Zusatzheizelements.

Während des Betriebs kann die Pumpe sodann mit Hilfe des Hauptheizelements auf Temperatur gehalten werden, so dass insbesondere kurze Betriebszyklen möglich sind . Aufgrund des Vorsehens eines Hauptheizelements und eines Zusatzheizelements kann das Hauptheizelement in seiner Leistung schwächer ausgelegt werden. Ferner muss das Hauptheizelement seltener aus- und angeschaltet werden oder kann durchgehend betrieben werden. Das Hauptheizelement kann mit einem weiteren Temperaturschalter verbunden sein, so dass das Hauptheizelement beispielsweise nur zwischen Betriebszyklen und/oder in Abhängigkeit einer vorgegebenen Temperatur angeschaltet ist.

Ein Vorheizen der Vakuumpumpe vor dem Starten des Motors, hat insbesondere den Vorteil, dass die Pumpe auf eine spezifische Betriebstemperatur erwärmt werden kann. Bei einer entsprechenden Betriebstemperatur ist beispielsweise die Wasserdampfverträglichkeit und/oder die Reaktivität mit anderen gepumpten Medien verbessert. Ferner weist ein Vorheizen den Vorteil auf, dass das Anlaufmoment zum Starten des Motors im Vergleich zum Starten des Motors bei geringerer Temperatur, d .h. ohne Vorheizen geringer ist. Insofern ist es beispielsweise möglich, leistungsärmere bzw. energiesparendere Motoren zu verwenden .

In bevorzugter Ausführungsform sind das Hauptheizelement und/oder das Zusatzheizelement als insbesondere elektrischer Heizwiderstand ausgebildet. Die Heizwiderstände können hierbei unmittelbar im Ölreservoir angeordnet sein, um das Öl aufzuheizen. Auch ist es möglich, sämtliche oder zumindest nur einen Teil der Heizelemente beispielsweise als Heizmatten auszubilden und mit dem Gehäuse der Vakuumpumpe zu verbinden, um unmittelbar das Pumpengehäuse zu erwärmen . Selbstverständlich kann sowohl das Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement mehrere Einzelelemente aufweisen, die gegebenenfalls unterschiedlich ausgebildet sind. Ebenso kann auch der Temperaturschalter aus mehreren Einzelelementen ausgebildet sein. Heizelemente, die im Ölreservoir angeordnet sind, sind vorzugsweise als elektrische Stabheizung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, die Heizelemente oder zumindest einzelne der Heizelemente als elektrische Heizwiderstände auszubilden.

Die Leistung des Hauptheizelements kann derart ausgelegt sein, dass dieses die Pumpe zwischen Betriebszyklen auf Betriebstemperatur hält. Bei dieser Ausführungsform kann sodann ein Abschalten des Zusatzheizelements erfolgen, während die Pumpe in Betrieb ist. Dies kann durch die Pumpensteuerung erfolgen. Zusätzlich oder anstatt einer derartigen Steuerung kann das Hauptheizelement auch mit einem Temperaturschalter verbunden sein, so dass das Hauptheizelement in Abhängigkeit einer vorgegebenen Temperatur aus- und angeschaltet werden kann .

Besonders vorteilhaft ist es, dass mit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe diese auf vorgegebenen Betriebstemperaturen auf einfache Weise gehalten werden kann. Hierdurch kann die Wasserdampfverträglichkeit verbessert und beispielsweise die Reaktivität mit anderen gepumpten Medien verringert bzw. optimiert werden. Beispielsweise nimmt die Wasserdampfverträglichkeit, ausgehend von Raumtemperatur bis zu einer typischen Betriebstemperatur von ca. 70°C exponentiell zu, wenn die Vakuumpumpe beispielsweise nur für zeitlich kurze Betriebszyklen genutzt wird, sind diese nicht ausreichend, um die Pumpe auf eine entsprechende Temperatur zu erwärmen. Es ist daher besonders bevorzugt, die Vakuumpumpe vorzuheizen, damit unmittelbar nach dem Start der Pumpe die notwendige chemische Verträglichkeit erreicht ist.

Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben insbesondere zum Erwärmen einer Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur zum Halten der Betriebstemperatur ist insbesondere die vorstehend beschriebene Vakuumpumpe ge- eignet. Erfindungsgemäß erfolgt mittels des Hauptheizelements ein Halten der Temperatur der Vakuumpumpe insbesondere zwischen Betriebszyklen. Durch Zuschalten des Zusatzheizelements, das heißt durch Betreiben des Zusatzheizelements und des Hauptheizelements erfolgt ein insbesondere zeitlich schnelles Aufwärmen der Vakuumpumpe auf Betriebstemperatur.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise wie vorstehend anhand der Vakuumpumpe beschrieben vorteilhaft weitergebildet.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Drehschieber- Vakuumpumpe,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Bei einer ölgeschmierten Vakuumpumpe handelt es sich beispielsweise um eine Drehschieberpumpe.

Diese weist in einem Gehäuse 10 einen Pumpenrotor 12 auf. Der Pumpenrotor weist einen im dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildeten Exzenter 14 auf, der exzentrisch in einem zylindrisch ausgebildeten Schöpfraum 16 angeordnet ist. Der Exzenter 14 ist über eine Welle mit einem Elektromotor verbunden und wird in Richtung eines Pfeils 17 gedreht. In dem Exzenter 14 sind mehrere Schieber 18 in Schlitzen 20 angerordnet. Die Schieber 18 liegen an einer Innenwand 20 des Schöpfraums 16 an. Hierdurch sind zwischen benachbarten Schiebern Kammern 22, 24, 26 ausgebildet.

Ein Einlass 28 der Drehschieberpumpe ist mit einer zu evakuierenden Kammer verbunden. Durch den Einlass 28 gelangt das zu fördernde Gas im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Kammer 24 und wird sodann durch Drehen des Exzenters in Richtung des Pfeils 18 durch einen Auslasskanal 30 ausgestoßen. Der Auslasskanal 30 ist mit einem Ventil 32 verschlossen. Das als Klappenventil ausgebildete Ventil 32 ist in einem Ölbad 34 angeordnet, wobei das Ölbad 34 das Ventil im unteren Bereich überdeckt, so dass der Auslasskanal 30 abgedichtet ist. Das Ölbad 34 ist mit einem Ölreservoir 36 verbunden.

Das Öl 38 in dem Ölreservoir 36 dient einerseits zum Schmieren der Drehschieberpumpe. Hierzu wird Öl den Schlitzen 20 zugeführt, so dass die Schieber 18 dichtend an der Innenwand 20 des Schöpfraums 16 anliegen. Ferner wird das Öl 38 zur Kühlung einer Drehschieberpumpe verwendet. Eine weitere Verwendung des Öls besteht darin, das in dem Einlass 28 angeordnete hydraulisch betätigbare Ventil durch das Öl 38 als Hydraulikmedium zu betätigen.

Das Ölreservoir 38 kann auch derart angeordnet sein, dass zumindest ein Teil des Pumpengehäuses im Ölreservoir angeordnet ist. Die Kühlung des Gehäuses 10 erfolgt sodann insbesondere nicht nur über Kühlrippen 40 durch Kon- vektion, sondern auch durch das Öl. Eine Ölkühlung kann auch dadurch realisiert werden, dass das Öl durch im Gehäuse 10 angeordnete Kanäle gepumpt wird . Insbesondere erfolgt eine Kühlung der Drehschieberpumpe sowohl durch Ölkühlung als auch durch das Vorsehen von Kühlrippen. Insbesondere bestimmt die Temperatur des Öls aufgrund der entsprechenden Viskosität das zum Drehen des Rotors nötige Drehmoment. Des Weiteren zirkuliert das Öl vorzugsweise in der gesamten Pumpe, so dass hierdurch die gesamte Pumpe auf eine gleichmäßige Temperatur gebracht werden kann. Insbesondere ist ein Heizen des im Ölreservoir vorhandenen Öls ausreichend, um in kurzer Zeit die gesamte Pumpe auf die entsprechende Temperatur zu erwärmen.

Ferner dient das Öl zur Lagerschmierung.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Heizeinrichtung weist beispielsweise in dem Ölreservoir 36 angeordnete Heizelemente zumindest in Form eines Hauptheizelements und zumindest eines Zusatzheizelements auf. Zumindest eines der Heizelemente kann auch in Form einer Heizmatte insbesondere an der Außenseite des Gehäuses 10 angeordnet sein.

Die Funktion der Heizeinrichtung wird in der Darstellung in Fig . 2 näher erläutert.

Da es sich in bevorzugter Ausführungsform um elektrische Heizwiderstände handelt, ist die Heizeinrichtung mit einer Stromquelle 42 verbunden. Die Stromquelle 52 ist mit einem Hauptheizelement 44 und einem Zusatzheizelement 46 verbunden . Mit Hilfe des Hauptheizelements 44 erfolgt ein Halten der Temperatur während des Betriebs bzw. zwischen Betriebszyklen. Mit Hilfe des Zusatzheizelements 46 erfolgt ein Aufheizen der Vakuumpumpe bei Inbetriebnahme, das heißt vor dem ersten Betriebszyklus. Insofern ist in der Stromleitung des Hauptheizelements ein Temperaturschalter 48 angeordnet. Der Temperaturschalter 48 öffnet bei Erreichen der Betriebstemperatur bzw. bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur. Hierzu ist der Temperaturschalter 48 insbesondere als Temperatursensor ausgebildet, der an geeigneter Stelle der Vakuumpumpe angeordnet ist. Dieser kann beispielsweise am Gehäuse möglichst nahe dem Schöpfraum 16 angeordnet sein, um eine Betriebstemperatur des Schöpfraums zu messen. Auch eine Anordnung in dem Ölreservoir 36 ist beispielsweise möglich. Nach Erreichen der Betriebstemperatur bleibt der Temperaturschalter 48 offen. Die Temperatur wird sodann mittels des Hauptheizelements 44 gehalten.

In bevorzugter Ausführungsform ist es möglich, in der Stromleitung des Hauptheizelements 44 einen weiteren Temperaturschalter 50 vorzusehen. Über diesen kann auch während des Betriebs eine genaue Steuerung des Heizvorgangs erfolgen.

Besonders bevorzugt ist es, dass der Temperaturschalter 48 oder soweit ein weiterer Temperaturschalter 50 vorgesehen ist, beide Temperaturschalter mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Über diese erfolgt ein entsprechendes Steuern bzw. Regeln der Temperaturschalter und somit der Heizelemente 44, 46. Hierbei kann die Steuereinrichtung in die Pumpensteuerung integriert sein.