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Einfach wirkende Hochvakuumpumpe Zum Erreichen hoher Vakua werden
im wesentlichen zwei Arten von Pumpen verwendet. Einerseits Drehkolben- (Kapsel-)
Pumpen mit einer ölfüllung im Förderraum, andererseits Trockenluftpumpen mit hin
und her gehendem Arbeitskolben und zwangsläufiger Flach- oder Drehschiebersteuerung.
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Die Drehkolbenpumpen sind zwar zur Erzeugung eines beachtlich hohen
Vakuums geeignet, benötigen aber zu ihrer Abdichtung nach außen und zur Ausfüllung
des schädlichen Raumes eine ölfüllung. Da die aaszustoßenden Gase oder-Dämpfe durch
diese Ölfüllung hindurchtreten müssen, ist Emulsionsbildung und Verunreinigung des
öles durch Kondensate die Folge, was zu erheblichen Nachteilen führt. Bei solchen
Pumpen berühren die Drehkolben nur auf einer Linie die Gegenflächen, was äußerste
Genauigkeit in der Herstellung voraussetzt, wenn eine befriedigende Leistung erzielt
werden soll. Infolgedessen lassen sich derartige Drehkolbenpumpen nur in kleinen
Einheiten und in eng begrenzter Leistungsfähigkeit herstell-en. Geringster Verschleiß
setzt das erreichbare Vakuum erheblich herab.
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Die Trockenluftpumpen mit hin und her gehendem Arbeitskolben benötigen
zwar keine ölfüllung und sind weniger empfindlich gegen Verschleiß; erreichen aber
in ihren bisherigen Ausführungen bei weitem kein so hohes Vakuum, wie die Drehkolbengumpen,
weil der Einfloß des -schädlichen Raumes auch runter Zuhilfenahme der bekannten
Druakausgleichsteuerungen nicht restlos zu beseitigen ist. 1Vlindestens bleibt noch
eine erhebliche Drosselwirkung in den langen arid engen Steuerkanälen zwischen den
Zylinderenden und dem
wirkt, je höher das Vakuum steigt. Diese Kanäle
müssen eng gehalten werden, weil die an sich erwünschte Erweiterung ihr;. Steuerschieber,
welche sich um so mehr a: Querschnittes eine Vergrößerung des schi w lichen Raumes
bedeuten würde. Dem @er reichbaren Vakuum wird dadurch eine @unüberwindliche Grenze
gesetzt.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die als Brennstoffpumpen
und Verdichter für Kältemaschinen bekannten einfach wirkenden Kolbenpumpen mit hin
und her gehendem Kolben und schwingendem Zylinder, bei denen der Pumpenzylinder
mit seinem der Kurbelseite abgekehrten Stirnende die Ein-und Auslaßöffnungen steuert,
als Hoffivakuumpumpen zu verwenden. Bei diesen bekannten Pumpen wird die Bewegung
des Kolbenhubes und die Schwingbewegung des Zylinders von ein- und demselben Kurbelzapfen
abgeleitet. Das Kolbenstangenende bewegt sich hierbei also auf einer Kreisbahn,
so daß die Mittellage der Schwingbewegung des Zylinders mit den Totlagen des Kolbens
zusammenfällt. Für Brennstoffpumpen u. dgl. mag eine derart abgeleitete Steuerung
für die Ein- und Auslaßkanäle genügen. Zur Erreichung eines hohen Vakuums kommt
es jedoch darauf an, das Überdecken und Freigeben der Ein- und Auslaßöffnungen durch
die Stirnfläche des Zylindermantels in einem bestimmten Verhältnis zu den Kolbenendlagen
vorzunehmen. Dies läßt sich bei unmittelbarer Ableitung der Schwingbewegungg des
steuernden Zylinders vom Kurbelkreis nicht erreichen.
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Nach der - Erfindung. wird deshalb das Kolbenstangenende in einer
geschlossenen, etwa eiförmigen oder elliptischen Kurvenbahn geführt, deren große
Achse schräg zur Kolbenst,angenmittelstellung verläuft. Um der endlichen Kolbenstangenlänge
Rechnung zu tragen, ist es :außerdem zweckmäßig, die etwa eiförmige Kurvenbahn unsymmetrisch
zur Kolhenstangenmittelstellung zu legen. .
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Diese gemäß der Erfindung zweckmäßigste Form der Kurvenbahn für das
Kolbenstangenende läl.')t sich :auf verschiedene Weise durch Einschaltung bekannter
Steuerelemente erreichen. Besonders einfach wird die Steuerung, wenn man das Kodbenstangenende
über einen etwa rechtwinkeligen Lenker derart'mit dem Kurbelzapfen gelenkig verbindet,
daß der Kurbelzapfen am etwa rechtwinkeligen Knie des Lenkers angreift, das Kblb,enstangenende
mit dem kürzeren auf den Kolben zu gerichteten Arm des Lenkers gelenkig verbunden
und der längere Arm in einem schwenkbar im Gehäuse gelagerten Stein oder Gleitlager
verschiebbar geführt ist.
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Um eine vollkommene Abdichtung zwischen der zylindrischen Gleitfläche
und der Pumpenzylinderstirnseite zu 'erzielen, ist es zweckmäßig, daß der den schwenkbaren
Pumpen-, umgebende Teil des Gehäuses mit yti gefüllt wird. Diese ölfüllung sorgt
außer-. dem für ,ausreichende Schmierung der Gleitbächen. Um die für diese Zwecke
bekannte Ölfüllung ,auch zu einer wirksamen Kühlung der sich bewegenden Teile benutzen
zu können, wird gemäß der Erfindung der die Ölfüllung enthaltende Teil des Gehäuses
sowie die Gleitfläche für die steuernde Zylinderstirnseite mit einem Kühlmantel
umgeben.
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Damit insbesondere beim Aufwärtsgang des Kolbens ein dichtes Anpressen
der Gleitflächen zwischen dem Zylinder und seiner Gleitbahn sichergestellt ist,
reicht das Eigeno-. des Zylinders nicht aus. Es ist deshalb vorteilhaft, daß der
schwingende Pumpenzylinder mittels federnder Lagerung seiner Drehzapfen auf der
'zylindermantelförmigcn Gleitfläche mit ausreichendem Druck aufliegt.
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Es ist bekannt, bei liegender Anordnung solcher Schwingzylinder das
die Schwingzylinder umgebende Gehäuse in einem druckdichten Behälter unterzubringen,
das so weit mit dem Fördermittel der Pumpe gefüllt ist, d:aß das Zylindergehäuse
vollkommen darin eintaucht. Die Anordnung der Schwingzylinder in ihrem Gehäuse ist
dort so getroffen, daß der unter Druck stehende Behälterinhalt, also das Fördermittel,
die Zylinder auf ihre Gleitflächen preßt. Diese Art der Anpressung ist umständlich
und nur bei ganz kleinen Pumpen, wie sie beispielsweise bei Eismaschinen Verwendung
finden, anwendbar. Außerdem wirkt bei liegender Anordnung der Schwingzylinder das
Zylindergewicht nicht in Richtung des Anpreßdruckes und m@uß deshalb durch ein besonderes
Andrückmittel ersetzt werden.
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Um zu verhindern, daß bei hohem Vakuum größere Mengen öl am
steuernden Rand der Zylinderstirnseite nach der Saugöffnung in der zylindermantelförmigen
Gleitfläche übertreten, kann gemäß der Erfindung das den Pumpenzylinder und den
Kurbeltrieb umgebende Gehäuse druckdicht ausgebildet und der Raum über der Ölfüllung
evakuiert werden. Zur Erzeugung dieses Vakuums kann das unter Druck stehende Kühlwasser
in der Weise herangezogen werden, daß es vor oder hinter dem Durchströmen des Kühlmantels
eine Strahlpumpe betätigt, welche die Luft über dem ölspie .g'el absaugt.
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Gegenüber den bekannten Kolbenpumpen für hohes Vakuum bringt die Erfindung
den Vorteil :eines noch höheren :erreichbaren Endvakuums. Gegenüber den bekannten
ölgefüllten Drehkolben- und Kapselpumpen tritt beim Erfindungsgegenstand das Fördermittel
nicht
durch die ölfüllung hindurch, so daß das öl nicht verunreinigt wird und eine Emulsionsbildung
nicht zu befürchten ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt ' Abb. i die neue Hochvakuumpumpe mit Gehäuse und Kühlmantel
im Längsschnitt, bei höchster Kolbenstellung, Abb.2 einen entsprechenden Längsschnitt
nur durch die bewegten Teile und die ölfüllung bei der tiefsten Kolbenstellung.
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Der Arbeitsraum der Hochvakuumpumpe wird durch einen an beiden Stirnflächen
offenen Zylinder i gebildet, der um Drehzapfen 2 schwingt. In dem Zylinder bewegt
sich ein Kolben 3, der durch einen Kurbeltrieb q., 5, 6, 7, 8, 9, 23 in üblicher
Weise eine hin und her gehende Bewegung erhält. Das dem Kurbeltrieb abgekehrte offene
Stirnende des Zylinders ist mit überdeckungsflächen i o, i i versehen, die, ;ebenso
wie der entsprechend geformte Stirnrand des Zylinders, auf der zylindrisch geformten
Gleitfläche 12 des unteren Teils des Gehäuses 13 gleiten. Die Gleitfläche 12 ist
von der Eintrittsöffnung 14 und der Austrittsöffnung i 5 für das Fördermittel durchbrochen,
welche dem Radius des Pumpenzylinders i entsprechend gekrümmt sind und durch die
Kanten i 6 und 17 gesteuert werden, die durch den Mantel des Zylinders i
und die überdeckungsflächen io und i i gebildet werden. Um eine ausreichende iTb:erdeckung
nach innen zu erhalten, ist der Abstand der Kanten 16 und 17 voneinander etwas kleiner
als der Abstand der Innenkanten i 8' und i 9.
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Da es für die richtige Förderung der Pumpe darauf ankommt, daß der
Zuströmkanal i ¢ im Augenblick des oberen Kolbentotpunktes abzuschließen beginnt,
die Überdeckung bei dieser Stellung also gleich Null ist, und .daß der Ausstoßkanal
15 in dem Augenblick zu öffnen beginnt, ,also zunächst ebenfalls die Überdeckung
Null aufweist, wenn sich der Kolben in der unteren Totlage befindet, wird der obere
Kolbenstangenkopf 7 nicht auf einer Kreisbahn, sondern auf einer etwa eiförmigen,
zur Kolbenstangenmittelstellung 2o unsymme= trischen Kurvenbahn 2i geführt, deren
große Achse 22 schräg zur Kolbenstangenmittelstellung 2o angeordnet ist. Diese Kurvenbahn
wird in einfachster Weise dadurch erreicht, daß der Kurbelzapfen 5 am etwa rechtwinkeligen
Knie 23 eines Lenkers 6, 23, 8 angreift, während der Kolbenstangenkopf 7 am Ende
des kürzeren Hebelarmes 6 dieses Lenkers angreift. Der längere Hebelarm 8 ist in
einem im Gehäuse 13 schwenkbar gelagerten Stein oder Gleitlager g verschiebbar geführt.
Zur zuverlässigen Abdichtung und Schmie-_ rung der zylindrischen Gleitfläche 12
und der Gegenflächen iö und I I der Pumpenzylinderstirnseite sowie zur mittelbaren
Kühlung des Pumpenzylinders i ist der untere Teil des Gehäuses 13 mit öl gefüllt
und außen mit einem wasserdurchströmten Kühlmantel 24 umgeben. Der Kühlmantel erstreckt
sichauch über den Boden des Gehäuses, welcher die Gleitfläche 12 bildet. Umeinen
möglichst geringen Druckunterschied zwischen Ölfüllung und Ansaugeöffnung 1q. zu
erreichen, wird der obere Teil des Gehäuses 13, welcher den Kurbeltrieb umschließt,
druckdicht ausgebildet. Von dieser Gehäusehaube 25 führt ein Saugrohr 26 zu einer
Strahlpumpe 27, welche durch das unter Druck stehende Kühlwasser betrieben wird.
Die Strahlpumpe 27 kann gegebenenfalls auch in die Zulaufleitung 28 zu- den Kühlräumen
2q. eingeschaltet werden.
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Zur weiteren Vergrößerung der Leistung können auch mehrere der beschriebenen
Pumpenzylinder nebeneinander in einem gemeinsamen Pumpengehäuse untergebracht und
durch eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle angetrieben werden. Hierbei können in
bekannter Weise entweder sämtliche Ein- und Auslaßräume miteinander verbunden, also
.die Pumpeneinheiten parallel geschaltet werden, was größte Liefermenge ergibt,
oder in einer oder mehreren Gruppen hint@ereinandergeschaltet werden, wodurch ein
größtmögliches Vakuum erreicht wird.
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Um auch beieintretendem Verschleiß der Lagerung der Zylinderschwenkzapfen
2 und bei vorkommenden geringfügigen Ungenauigkeiten in der Einstellung der Zapfenlagerung
zur zylindrischen Gehäusegleitfläche 12 stets ein sattes Anliegen der steuernden
Zylinderstirnseite i o, i i, 16, 17 zu gewährleisten, ist es zweckmäßig,
die Lagerung gegen eine Feder 29 abzustützen, die einen ausreichenden Anpreß,druck
der Gleitflächen aufeinander sicherstellt.