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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpe mit mindestens einer Pumpstufe, wobei jede Pumpstufe aus einer zylindrischen Kammer mit darin exzentrisch angeordneter mit Schiebern (7) versehener Welle (12) besteht, wobei alle Pumpstufen von einer einstückigen Welle angetrieben werden und mit einem Antriebssystem für die Welle. Diese Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem aus auf der Welle angebrachten Permanentmagneten (14) und ortsfesten elektrischen Spulen (10) besteht, die ein elektrisches Drehfeld erzeugen, und dass die zur Ansteuerung der Spulen notwendige Regelektronik (8) in einem abnehmbaren Gehäuseteil der Pumpe angeordnet ist.
    公开号:DE102004024554A1
    申请号:DE102004024554
    申请日:2004-05-18
    公开日:2005-12-15
    发明作者:Armin Conrad；Wolfgang Losch
    申请人:Pfeiffer Vacuum GmbH；
    IPC主号:F04C18-344
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine ölgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
    [0002] Drehschiebervakuumpumpenspielen eine wichtige Rolle in der Erzeugung von Vakuum. Sie dienenzur Erzeugung von Grob- und Feinvakuum mit Enddrücken bis ca. 6·10–3 mbarund werden in Industrie, Forschung und Labor eingesetzt. Traditionelldienen diese Pumpen auch als Vorvakuumpumpe für nicht gegen Atmosphärendruckverdichtende Pumpen wie Wälzkolbenpumpenund Turbomolekularpumpen. Dabei sind sie je nach Anwendung ein-oder mehrstufig ausgebildet.
    [0003] Drehschiebervakuumpumpendes hier vorliegenden Typs gehörenzu der Klasse der ölüberlagertenVerdrängerpumpen.Das Ölin der Pumpe erfülltmehrere Aufgaben, darunter fälltzum einen die Abdichtung der Gasaustritts- gegen die Gaseintrittsseite.Zum anderen dient das Ölzur Kühlungund Schmierung der mechanischen Komponenten der Pumpe.
    [0004] Das Öl spieltallerdings auch eine negative Rolle bei der Auslegung des Antriebsmotors.Zu Beginn des Betriebes, wenn die Pumpe kalt ist, ist das Öl zäh und dickflüssig. Damitwird sehr viel Leistung auf Seite des Antriebsmotors benötigt, umden Rotor der Pumpe drehen zu lassen. Bei unzureichender Dimensionierung,d.h. zu geringem Drehmoment, des Antriebsmotors kann es sogar vorkommen,dass die Pumpe gar nicht erst anläuft. Abhilfe kann die Wahl eines Öles mithöhererViskositätschaffen, allerdings besitzen solche Öle leichtflüchtige Bestandteile, so dassder Enddruck zunimmt (Wutz: „HandbuchVakuumtechnik",Vieweg-Verlag, 8te Auflage, S. 202ff). Da dies nicht in allen Pumpenanwendungen hingenommenwerden kann, werden die Antriebsmotore in ölgeschmierten Drehschiebervakuumpumpensehr leistungsstark ausgelegt.
    [0005] Gattungsgemäße Drehschiebervakuumpumpennach dem Stand der Technik werden mit asynchronen Wechselstrom-Elektromotorenausgerüstet.Deren typisches Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl istin 3 gezeigt. Bei niedrigen Drehzahlenist das Drehmoment gering, das deutlich höhere maximale Drehmoment wirderst bei mittleren Drehzahlen erreicht. Bei höheren Drehzahlen fällt dasDrehmoment wieder ab. Dieser Sachverhalt bedingt, dass die Antriebsmotoren überdimensioniert werdenmüssen,damit die Drehschiebervakuumpumpen überhaupt anlaufen können. Diese Überdimensionierungverursacht eine unnötighohe Leistungsaufnahme des Antriebes und erhöht dadurch sowohl die Herstellungskosten,als auch die Betriebskosten der Pumpe. Letztere spielen in zunehmendenMaße eineRolle, da gerade Drehschiebervakuumpumpen für den Dauerbetrieb gedachtsind.
    [0006] Negativwirkt sich die Überdimensionierung desAntriebsmotors auch auf die Größe der gesamtenPumpe aus. Ein kompaktes Bauvolumen, wie es in heutigen Pumpständen undAnlagen anzustreben ist, lässtsich nicht auf Basis der Antriebsmotoren des Standes der Technikrealisieren. Dies wird noch verschärft, da die nicht in Drehungdes Rotors umgesetzte elektrische Energie in abzuführende Wärme umgewandeltwird. Diese muss innerhalb des Pumpstandes abgeführt werden, gegebenenfallssogar mit aktiver Kühlung.
    [0007] Wechselstromelektromotoren,wie sie meist insbesondere in kleinen und mittleren Drehschiebervakuumpumpenmit Saugvermögenbis 40 m3/h eingesetzt werden, sind oftZweiphasenmotoren. Bei diesen Motoren werden Kondensatoren eingesetzt, ummehr als zwei Spulen pro Umfang einsetzen zu können. Daraus ergibt sich eineungleichmäßige Drehmomentcharakteristik,d.h. ein ungleichmäßiges Drehmomentbezogen auf eine ganze Umdrehung der Welle. Hieraus resultiert eineunnötighohe Vibrations- und Geräuschentwicklung,die in sehr vielen Anwendungsfällenschwer tolerierbar ist. Durch geeignete Installationsmaßnahmenmuss dafürgesorgt werden, dass diese Schwingungen nicht auf z.B. empfindlicheLaborapparaturen übertragenwerden.
    [0008] Das Öl innerhalbder Drehschieberpumpe dient zum Kühlen, zum Schmieren der beweglichen Teileund zur Abdichtung des Schöpfraums.Eine Verschmutzung der Pumpenumgebung durch Öl, das aus dem Gehäuse austritt,gilt es zu verhindern. Gerade das Abdichten der Durchführung derRotorwelle durch das Gehäuseist schwierig. Traditionell werden hier Radialwellendichtungen eingesetzt,die allerdings einen hohen Verschleiß aufweisen, d.h. zu hohenWartungskosten führen.Um die Probleme dieser Dichtungen zu beseitigen werden im Standder Technik Drehschiebervakuumpumpen mit Magnetkupplung und Spalttopfausgerüstet,was zu einer Erhöhungder Herstellungskosten bei Senkung der Betriebskosten führt.
    [0009] ImStand der Technik besitzt das Antriebssystem einer Drehschiebervakuumpumpemindestens zwei Wellen, nämlichRotorwelle und Motorwelle. Beide müssen gelagert werden, außerdem werdenKupplungselemente zwischen den Wellen benötigt. Diese Maßnahmenerhöhendie Zahl der Bauteile, die Montagekosten und die Fehleranfälligkeitder Pumpe.
    [0010] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine ölgedichteteDrehschiebervakuumpumpe zu bauen, die die Nachteile des Standesder Technik überwindet.
    [0011] Gelöst wirddiese Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.Die Ansprüche2 bis 10 stellen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungdar.
    [0012] Erfindungsgemäß wird die ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpedurch einen bürstenlosenGleichstrommotor angetrieben. Dieser besteht aus Permanentmagneten,die auf der Welle des Pumpsystems angebracht sind, und ortsfestenSpulen, die von einer Elektronik angesteuert werden. Diese Motoren besitzeneinen sehr gleichmäßigen Verlaufdes Drehmoments in Abhängigkeitvon Drehzahl und Drehwinkel. Bereits bei sehr niedrigen Drehzahlenwird als Anlaufdrehmoment nahezu das volle Drehmoment aufgebracht.Hierdurch kann ein Motor eingesetzt werden, der gegenüber einemasynchronen Wechselstrommotor mit gleichem Anlaufdrehmoment einedeutlich geringere Leistungsaufnahme besitzt. Daher ist auch derkomplette Motor baulich kleiner, die Pumpe kann also kompakter gestaltet werden.Das bezogen auf die Drehung gleichmäßigere Drehmoment sorgt für eine deutlichhöhere Laufruhe,was sich sehr positiv auf Vibrations- und Geräuschentwicklung auswirkt.
    [0013] Stattmehrere Wellen, wie im Stand der Technik, benötigt die erfindungsgemäße Drehschiebervakuumpumpenur eine einzige Welle, wodurch Herstellkosten und Fehleranfälligkeitreduziert werden.
    [0014] Dievorliegende Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden.
    [0015] 1:Erfindungsgemäße Drehschiebervakuumpumpemit Permanentmagneten auf der Welle und ein magnetisches Drehfelderzeugende Spulen.
    [0016] 2:Drehschiebervakuumpumpe mit Permanentmagneten auf der Welle undein magnetisches Drehfeld erzeugende Spulen und Spalttopf.
    [0017] 3:Drehmoment in Abhängigkeitvon Drehzahl fürasynchronen Wechselstrommotor (durchgezogen) und für einenGleichstrommotor (gestrichelt), qualitativ.
    [0018] 1 zeigteine ölgedichteteDrehschiebervakuumpumpe 1 mit Gehäuse 2, Gaseinlass 3 und Gasauslass 4.Im Inneren des Gehäusesbefindet sich das Pumpsystem 5 mit einer Welle 12,die in den Lagern 13 gelagert ist. Die Pumpwirkung ergibtsich aus der Rotation der Welle im Zusammenspiel mit den Drehschiebern 7.Eine hydraulische Ölpumpe 6 versorgtdie Lagerstellen, die als Gleitlager ausgebildet sind, und das Hochvakuumsicherheitsventilmit Öl.Dieses Ventil schließt,wenn die Welle nicht mehr dreht und damit der von der Ölpumpe erzeugte Öldruck abfällt.
    [0019] Aufder Welle 12 sitzen Permanentmagnete 14. Spulen 10 erzeugeneine magnetisches Drehfeld, dass durch elektronische Kommutationseine Lage ändertund damit die Welle in Rotation versetzt. Statt der zwei Wellendes Standes der Technik, nämlich Rotorwelleund Motorwelle, besitzt diese Pumpe nur noch eine Welle. Sensoren 16,vorzugsweise Hallsensoren, dienen zur Bestimmung der Winkellage derWelle. Die Sensorsignale werden von der Regelelektronik 8 eingelesen.Die Regelelektronik erzeugt die für die Spulen notwendigen Spannungenund Strömesowie die Kommutierungssignale. Diese Regelelektronik sitzt vorzugsweisein einem abnehmbaren und insbesondere gegen den Ölraum dichten Teil des Gehäuses. Weiterhinist sie so ausgebildet, dass sie zur Energieversorgung lediglich über einKabel mit einem vorhandenen Versorgungsnetz, wie beispielsweisedem 230 V Wechselstromnetz oder einem Industriespannungsnetz (bspw.24 V oder 48 V), verbunden werden muss.
    [0020] Ineiner vorteilhaften Ausführungist die Regelelektronik so ausgestaltet, dass sie an ein- oder mehrphasigenNetzspannungen zwischen 60 V und 400 V oder Industriespannungsnetzen(24V oder 48V) betrieben werden kann. Ein Wahlschalter erlaubt dieEinstellung auf die jeweilige Versorgungsspannung. Noch vorteilhafterist es, wenn die Regelelektronik Mittel enthält, mit denen sie selbsttätig die angelegteVersorgungsspannung erkennen kann. Diese Maßnahmen führen dazu, dass die ölgedichteteDrehschiebervakuumpumpe an allen Weltspannungsnetzen betrieben werdenkann, wodurch erheblich Kosten gespart werden können, da die Pumpen nicht mehrauf spezielle örtlicheGegebenheiten angepasst werden müssen.Stattdessen könnenfür allePumpen die gleichen Standardbauteile verwendet werden.
    [0021] DieRegelelektronik 8 enthälteinen Leistungsteil 9 zur Ansteuerung der Spulen. Vorteilhaftist es, wenn dieser Leistungsteil in thermischen Kontakt mit derGehäusewandunggebracht wird. Überdas Gehäusewird dann in thermischer Konvektion die Wärme von der Pumpe abgeführt, wodurchzusätzlicheKühlmittelvermieden werden können.
    [0022] Vorteilhaftsind die Spulen in einer Masse, bspw. Kunstharz, vergossen, damitsie vom Ölund den eventuell darin befindlichen Rückständen nicht angegriffen undzersetzt werden können.Solche Rückstände tretenbeispielsweise in Einsatzfeldern der Pumpen auf, in denen korrosiveund andere Prozessgase gefördertwerden müssen.
    [0023] Ineiner vorteilhaften Ausführungermöglicht dieRegelelektronik, die Welle mit verschiedenen, vom Benutzer wählbarenDrehfrequenzen, zu betreiben und damit das Saugvermögen derPumpe zu regulieren. Die Hydraulikpumpe muss so ausgelegt werden,dass sie auch im unteren Drehzahlbereich genügend Öldruck aufbaut, um die Lagerstellenmit Ölzu versorgen und das Hochvakuumsicherheitsventil 20 zu öffnen. Ein Überdruckventilim Ölkreislauf mussdann bei hohen Drehzahlen öffnen,um einen zu hohen Druck zu vermeiden.
    [0024] Ineiner vorteilhaften Ausführungwird auf die Ölpumpeverzichtet. Statt dessen ist das Hochvakuumsicherheitsventil elektromagnetischausgestaltet und wird von der Regelelektronik 8 über Kabel 22 angesteuert.Stellt die Regelelektronik fest, dass sich die Welle nicht mehrdreht, schaltet sie das elektromagnetische Hochvakuumsicherheitsventilin den geschlossenen Zustand.
    [0025] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführung ist der die Regelelektronik 8 beinhaltendeGehäuseteil innerhalbdes Pumpengehäusesangeordnet.
    [0026] Eineweitere vorteilhafte Ausführungzeigt 2. Gegenüberder in 1 gezeigten Ausführung besitzt diese Drehschiebervakuumpumpeeinen Spalttopf 18. Dieser sitzt zwischen der Welle undden Spulen und erlaubt damit, die Spulen außerhalb des mit Öl gefüllten Raumesanzuordnen. Dieser Spalttopf besteht aus einem nichtmagnetischenMaterial, beispielsweise einer Keramik.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe (1) mit – mindestens einer Pumpstufe, – wobeijede Pumpstufe aus einer zylindrischen Kammer mit darin exzentrischangeordneter mit Schiebern (7) versehene Welle (12)besteht, – wobeialle Pumpstufen von einer einstückigenWelle angetrieben werden, – miteinem Antriebssystem fürdie Welle, dadurch gekennzeichnet, – dass dasAntriebssystem aus auf der Welle angebrachten Permanentmagneten(14) und ortfesten elektrischen Spulen (10) besteht,die ein elektrisches Drehfeld erzeugen, – dass die zur Ansteuerungder Spulen notwendige Regelektronik (8) in einem abnehmbarenGehäuseteilder Pumpe angeordnet ist.
    [2] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen der Welle und den Spulen (10)ein Spalttopf (18) zur Trennung von Pumpraum (9)und Atmosphäredient.
    [3] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassSensoren (16) zur Bestimmung der Rotorlage vorhanden sind.
    [4] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Sensoren (16) zur Bestimmung der Rotorlage Hallsensorensind.
    [5] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Regelelektronik (8) Mittel zur Änderungder Drehzahl der Welle enthält.
    [6] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Regelelektronik (8) so ausgebildetist, dass sie zur Energieversorgung direkt mit einem Spannungsnetzverbunden ist.
    [7] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Regelelektronik (8) mit ein- odermehrphasigen Spannungen zwischen 60 V und 400 V betrieben werdenkann.
    [8] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens der Leistungsteil (9) derRegelelektronik (8) mit der Gehäusewandung in thermischen Kontaktsteht.
    [9] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Spulen (10) in Kunstharz vergossensind.
    [10] ÖlgedichteteDrehschiebervakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der die Regelelektronik (8) beinhaltendeGehäuseteilinnerhalb des Pumpengehäuses(2) angeordnet ist.
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    优先权:
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