JP2003518588A - 冷却式のスクリュ型真空ポンプ - Google Patents

冷却式のスクリュ型真空ポンプ

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JP2003518588A JP2001548867A JP2001548867A JP2003518588A JP 2003518588 A JP2003518588 A JP 2003518588A JP 2001548867 A JP2001548867 A JP 2001548867A JP 2001548867 A JP2001548867 A JP 2001548867A JP 2003518588 A JP2003518588 A JP 2003518588A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、スクリュ型真空ポンプであって、2つの軸(7,8)と、該軸によって保持された各1つのロータ(3,4)とが設けられていて、該ロータ(3,4)が各1つの中空室(31)を有しており、各中空室(31)内に別の中空室(32)が設けられていて、該別の中空室(32)が、冷却媒体回路の一部であり、軸(7,8)が圧力側に向かって開放した孔(41)を有していて、該孔(41)を通して前記別の中空室(32)に対する冷却媒体の供給・排出が行われる形式のものにおいて、ロータの冷却効果を改善することを目的として、本発明の構成では、軸(7,8)の開放した孔(41)内に、流入する冷却媒体と流出する冷却媒体とを別個に案内するために働くガイド部材(44)が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、スクリュ型真空ポンプであって、2つの軸と、該軸によって保持さ
れた各1つのロータとが設けられていて、該ロータが各1つの中空室を有してお
り、各中空室内に別の中空室が設けられていて、該別の中空室が、冷却媒体回路
の一部であり、軸が圧力側に向かって開放した孔を有していて、該孔を通して前
記別の中空室に対する冷却媒体の供給・排出が行われる形式のものに関する。
【0002】 このような形式のスクリュ型真空ポンプはドイツ連邦共和国特許公開第198
20523号明細書(図4)に基づいて公知である。冷却媒体は、軸に設けられ
た圧力側において開放した孔内に噴射される。吸込み側において軸は半径方向孔
を備えており、これらの半径方向孔を通して冷却媒体がロータ中空室内に達する
ようになっている。これらの中空室の外壁は円錐形に圧力側に向かって拡大する
ように構成されている。これによって、外壁に形成された冷却媒体膜は圧力側に
向かって流れる。つまり軸において圧力側に配置された半径方向孔を介して、冷
却媒体は軸に設けられたそれぞれ中央の孔に戻り、さらにこれらの孔を通して該
孔の開口に戻る。
【0003】 この公知の解決策における欠点として次のことが挙げられる。すなわち公知の
構成では、冷たい冷却媒体の供給と高温の冷却媒体の流出とが、軸に設けられた
共通の孔を通して行われるようになっている。この場合冷却媒体の混合は避けら
れないので、これによって冷却効果は損なわれてしまう。さらに、ロータの冷却
を「向流(Gegenstrom)」において行うことは不可能である。冷却媒体はまず初
め、ロータの比較的冷たい側(吸込み側)に達し、その後で、排出すべき圧縮熱
が最高温度である圧力側へと流れる。さらにまた、この従来技術における構成は
、各ロータ中空室の円錐形状を前提としているが、このような形状は、面倒な手
間と高いコストをかけてしか製作することができない。
【0004】 ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のスクリュ型真空ポンプを改良して
、ロータ中空室への冷却媒体供給のみならず、冷却効果をも改善することができ
るスクリュ型真空ポンプを提供することである。
【0005】 この課題を解決するために本発明の構成では、請求項1の特徴部に記載のよう
に構成した。
【0006】 軸の中央もしくは中心に設けられた孔に挿入されたガイド部材を使用すること
によって、まず初めに、流入する冷たい冷却媒体を、戻りの高温の冷却媒体から
確実かつ効果的に隔てることができる。このことは特に、ガイド部材が熱伝導率
の低い材料から成っている場合に言える。ガイド部材を収容するために軸の中心
に設けられた孔は、比較的大きな直径を有することができる。このような孔は、
冷却媒体の供給通路及び排出通路のための個々の別個の深い孔に比べて、軸材料
自体に著しく簡単に製作することができる。さらにガイド部材は、ロータの冷却
を「向流」において行うことができる。それというのはこの場合、供給される冷
却媒体流と排出される冷却媒体流との障害のない交差が可能になるからである。
向流におけるロータの冷却にはさらに、均一な温度調整という利点があり、その
結果ロータ・ケーシング間隙を均一に小さく保つことができる。さらにまたガイ
ド部材はロータの冷却を次のように、すなわちロータ中空室内に存在していて冷
却媒体によって貫流されるすべての管路、間隙、室又はこれに類したものが、常
に流れる冷却媒体によって満たされているように、行うことができる。冷却効果
はこれによって著しく改善される。
【0007】 本発明の別の有利な構成は、その他の請求項及び図1〜図7に示された実施例
に記載されている。
【0008】 図1は、本発明によるスクリュ型真空ポンプを示す断面図である。
【0009】 図2は、スクリュ型真空ポンプの片持ち式に支承された2つのロータのうちの
1つを示す断面図であって、ガイド部材の1実施例を示す図である。
【0010】 図3は、スクリュ型真空ポンプの片持ち式に支承された2つのロータのうちの
1つを示す断面図であって、ガイド部材の別の実施例を示す図である。
【0011】 図4は、冷却間隙を外方に向かって移動させる手段を備えたロータを示す断面
図である。
【0012】 図5aは、ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す縦断面図である。
【0013】 図5bは、ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す横断面図である。
【0014】 図6は、ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す斜視図である。
【0015】 図7は、2つの区分から成るロータを備えた実施例を示す縦断面図である。
【0016】 図1に示されたスクリュ型真空ポンプ(Schraubenvakuumpumpe)1は、ロータ
3,4を備えた圧縮室ケーシング(Schoepfraumgehaeuse)2を有している。ポ
ンプ1の入口5及び出口6は矢印によって略示されている。ロータ3,4は軸7
;8に固定されていて、これらの軸7,8はそれぞれ2つの軸受11,12;1
3,14に支持されている。第1の軸受対11,13は軸受プレート15に位置
しており、この軸受プレート15は潤滑剤のない圧縮室を、伝動装置室16から
切り離している。第2の軸受対12,14は圧縮室ケーシング2内に位置してい
る。伝動装置室16のケーシング17内には、軸7,8に取り付けられた同期歯
車18,19と、ポンプ1を駆動するために働く歯車対21,22が設けられて
おり、両歯車対21,22のうちの1つは、ポンプ1のそばに鉛直方向に配置さ
れた駆動モータ23の軸と連結されている。さらに伝動装置室はオイル溜20の
機能を果たす。
【0017】 軸7,8の伝動装置室側の端部は、伝動装置ケーシング17の底部における孔
24,25を貫通していて、オイルを収容する室26内において終わっており、
この室26はケーシング17と該ケーシング17に固定されたパン27とによっ
て形成される。ロータ対3,4が両側において支承されている図示の実施例では
、オイル溜16とオイルを収容する室26との間の離隔はシール部材28,29
によって行われる。ロータ対3,4が片持ち式に支承されている場合には、第2
の軸受対12,14は孔24,25の領域に位置している。
【0018】 図1から分かるように、ロータ3,4はそれぞれ中空室31を有しており、こ
の中空室31内に軸8が延びていて、中空室31内には、冷却媒体によって貫流
される別の室32が設けられている。ロータ4だけが部分的に断面されて示され
ているので、本発明についてはこのロータ4だけを参照して述べる。
【0019】 図1に示された解決策では、冷却媒体によって貫流される室32はリング間隙
区分として形成されていて、直接、軸8(もしくは7)とロータ4(もしくは3
)との間に位置している。そのためにロータ中空室31の円筒形の内壁は、その
中央領域に旋削部33を備えており、この旋削部33の深さは冷却間隙32の厚
さに相当している。吸込み側及び圧力側(もしくは吐出側)において、軸8は中
空室31の内壁に密につまりシール作用をもって接触している。
【0020】 冷却間隙32への冷却媒体の供給は、軸8を介して行われる。この軸8には中
央の孔41が設けられていて、この孔41は軸8の下端部から冷却間隙32の圧
力側端部にまで延びている。孔41は室43を形成しており、この室43内には
、冷却媒体のためのガイド部材44が設けられている。ガイド部材44は軸8の
下端部から冷却間隙32の圧力側端部を越えるまで延びている。冷却媒体の供給
は、ガイド部材44における長手方向孔45を介して行われ、この長手方向孔4
5は、互いに整合する横孔46を介して、ガイド部材44と軸8とを貫いて、冷
却間隙32の圧力側端部と接続されている。
【0021】 冷却間隙32の吸込み側端部の高さに、軸8は単数又は複数の横孔47を備え
ており、これらの横孔47は、盲孔41とガイド部材44の端面とによって形成
された室43に開口している。この室43は、(ガイド部材44における)長手
方向孔48と(軸8における)互いに整合する横孔49とを介して、伝動装置室
16と接続されている。
【0022】 冷却媒体の供給は、オイルを収容する室26から、孔45,46を介して冷却
間隙32内へと行われる。冷却媒体は冷却間隙32を圧力側からロータ4の吸込
み側に貫流する。排出すべき熱は基本的にはロータ4の圧力側において発生する
ので、ロータ4は向流において冷却される。冷却媒体の排出はまず初めに、第2
の孔47を介して軸8における室43内へと行われ、次いで孔48,49を介し
て行われる。孔48は冷却間隙32の吸込み側から伝動装置室16の高さにまで
延びている。横孔48は孔43と伝動装置室16とを接続している。
【0023】 ロータ3,4の確実な冷却は、冷却媒体が比較的狭い冷却間隙32を比較的速
くかつ障害なしに(キャビテーション及び汚染物なしに)貫流する場合に、達成
される。従って、十分な吐出力のためには、冷却媒体を冷却するのみならず、濾
過すると有利である。そのために図1に示された実施例では、伝動装置室16も
しくはオイル溜20は管路51を介して室26と接続されており、この管路51
内には冷却装置52及びフィルタ53の他に、例えば歯車ポンプとして形成され
たオイルポンプ54が設けられている。このオイルポンプ54は冷却媒体を必要
な圧力でキャビテーションなしに室26から孔43内に送り込むために働く。
【0024】 オイルポンプ(遠心ポンプ、歯車ポンプ)を、軸7,8の下端部の領域に配置
することも可能である。しかしながらこの場合オイルポンプは、所望の圧送特性
に対する要求を満たすことができるように形成されていなくてはならない。
【0025】 図2に示された解決策では、ガイド部材44は3つの区分61,62,63を
有しており、これらの区分61,62,63は軸8内における中空室を3つの部
分室64,65,43に分割しており、これらの部分室64,65,43はそれ
ぞれ横孔47,46,47の高さに位置している。区分61,62,63におけ
る適宜な孔と、これらの孔を互いに接続する管路区分67,68とによって、冷
却間隙への冷却媒体の別個の供給・排出を実現することができる。
【0026】 図3に示された構成では、冷却媒体の供給は孔45を介して行われ、この孔4
5は、図1及び図2に示された構成とは異なり、ガイド部材44の中心を貫通し
ている。遠心ポンプ71によって孔45内に圧送されるオイルは、盲孔41とガ
イド部材44とによって形成された中空室43内に達し、次いで横孔46を介し
て、冷却媒体によって貫流される室32内に達する。図1及び図2に示された構
成とは異なり、この場合冷却媒体によって貫流される室32は、比較的大容積の
リング室であり、このリング室は軸8とロータ中空室31の内壁とによって形成
される。この内壁は、ロータ中空室31がロータ3,4の圧力側に向かって円錐
形に拡大するように形成されているので、孔46から室32内に噴射される冷却
媒体は、ロータ圧力側に向かって搬送される。冷却媒体回路系(Kuehlmittelkre
islauf)の気泡のない又はキャビテーションのない運転は、不要である。冷却媒
体は、冷却媒体が例えば薄い膜の形でロータ中空室31の内壁に沿って流れるよ
うに、調量されることができる。
【0027】 出口孔47はガイド部材44における側部の長手方向溝72(又は旋削部)と
接続されており、これらの長手方向溝72は軸受プレート15の高さにおいて伝
動装置室16にまで延びていて、そこで横孔49と接続されている。
【0028】 図4に示された構成は、上に述べた構成と次の点で、すなわち軸8とロータ4
とが連続的に穿孔されていることによって、異なっている。中空室31を形成す
るために、吸込み側に配置されたカバー76が設けられており、このカバー76
はねじ77を用いてガイド部材44と結合されている。ガイド部材44は吸込み
側から堅固に挿入されている。ガイド部材44はねじ77及びカバー76と一緒
に、ロータ4を軸方向において固定するために働く。圧力側において孔41は小
さな直径を有している。
【0029】 軸8は外側のスリーブ77を備えており、このスリーブ77はロータ4におけ
る中空室31の内壁と一緒に、冷却間隙32を形成している。この冷却間隙32
はほぼロータ4の圧力側の高さにおいてしか延びていない。冷却間隙32が半径
方向で外側に向かって設けられていることによって、冷却作用が改善される。冷
却媒体の供給は、ガイド部材44における比較的短い長手方向溝区分78(又は
旋削部、リング通路)だけを介して、軸8及びスリーブ77を貫通している横孔
46まで行われる。冷却媒体が長手方向溝78内に進入するまでに、冷却媒体は
軸受プレート15における孔79,80と滑りリングシール部材83の軸受側の
室82とを貫流し、そこで必要な遮断圧(Sperrdruck)を形成する。冷却媒体の
戻しは、横孔47とガイド部材44における中央の孔45、及び軸8における孔
41を介して行われる。
【0030】 図5aに示された解決策では、軸8はロータ中空室31内にまでは延びていな
い。軸8は圧力側の高さにおいてロータ4と結合されている。ロータ中空室31
におけるガイド部材44は、拡大された直径を有する区分84を有しており、こ
の区分84は、ロータ4における中空室31の内壁と一緒に冷却間隙32を形成
している。区分84に比べて小さな直径を有している第2の区分85は、軸8に
おける孔41を貫通している。
【0031】 熱に関する理由から、ガイド部材44における中央の孔45を介した孔41の
開放した側からの冷却媒体の供給を可能にするため、及び向流におけるロータ4
の冷却を可能にするためには、ガイド部材44が冷却媒体流を交差させることが
必要である。これは、以下において詳しく説明する、ガイド部材44における横
孔及び外側の溝区分を介して行われる(図5a、図5b及び図6参照)。
【0032】 盲孔45を介して中央において供給された冷却媒体は、横孔88を介して、互
いに反対側に位置している2つの溝区分89に達し、さらに中空室31(圧力側
)にまで達する。その後で冷却媒体は冷却間隙32を貫流し、横孔47を介して
、ガイド部材44の中心に設けられた管路区分89に達する。この管路区分89
は、第1の横孔88に対して吸込み側に設けられている第2の横孔90にまで延
びている。両横孔88,90は互いにほぼ垂直になるように方向付けられている
。横孔90は、互いに反対側に位置している溝区分91に開口し、これらのみ俗
分91は、溝区分89に対してほぼ90°ずらされている。これによって、戻る
冷却媒体をこれらの溝区分91を通して伝動装置室16の領域における横孔49
にまで導くことができる。
【0033】 図7に示された実施例ではロータ4は、互いに異なった螺条構成と各1つの中
空室31′;31′′とを備えた2つの区分4′,4′′を有している。軸8は
、圧力側のロータ区分4′′の中空室31′′内にまで延びていて、これによっ
て冷却間隙32′′を形成している。ガイド部材44は、図5及び図6に示され
た実施例におけると同様に構成されている。ガイド部材44は拡大された直径を
もつ区分84を有しており、この区分84はロータ区分4′の中空室31′内に
位置していて、ロータ区分4′の内壁と一緒に冷却間隙32′を形成している。
ガイド部材44の、小さな直径を有する別の区分85は、軸8内における中央の
孔41を貫通している。ガイド部材44は、ロータ4の吸込み側にまで延びてい
る中央の孔45を備えている。
【0034】 簡単にかつ見易くするために示された解決策では、冷却媒体は中央の孔45を
介して供給され、区分84内における横方向の孔46′を介して吸込み側におい
て冷却間隙32′内に流入する。旋削部78′(又は長手方向溝)を介して及び
横孔46′′を介して、冷却間隙32′の圧力側の端部は冷却間隙32′の吸込
み側の端部と接続されており、その結果両方の冷却間隙32′,32′′は相前
後して冷却媒体によって貫流される。別の旋削部78′′を介して冷却間隙32
′′の圧力側の流出開口47′′は、伝動装置室16の高さにおいて流出開口4
9と接続されている。この解決策においても、ガイド部材44を同時に抗張部材
(Zuganker)として、つまりロータ区分4′を固定するために使用することがで
きる。
【0035】 もちろん図9に示された構成においても、冷却媒体の供給管路及び排出管路を
次のように、すなわち冷却媒体が冷却間隙32′,32′′に別個に及び/又は
向流において供給されるように、構成することが可能である。
【0036】 図5〜図7に示された解決策は特に、ロータ3,4が片持ち式に支承されてい
ると有利である。それというのはこのようになっていると、ガイド部材44を例
えばプラスチックのような軽い材料から製造することができるからである。これ
によってロータの、軸受から離れている質量を小さく保つことができる。プラス
チック又はそれに類した材料を使用することには、さらにまた一般的に、流入す
る冷却媒体と流出する冷却媒体との間において熱伝導性の不良な材料が存在する
という、利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるスクリュ型真空ポンプを示す断面図である。
【図2】 スクリュ型真空ポンプの片持ち式に支承された2つのロータのうちの1つを示
す断面図であって、ガイド部材の1実施例を示す図である。
【図3】 スクリュ型真空ポンプの片持ち式に支承された2つのロータのうちの1つを示
す断面図であって、ガイド部材の別の実施例を示す図である。
【図4】 冷却間隙を外方に向かって移動させる手段を備えたロータを示す断面図である
【図5a】 ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す縦断面図である。
【図5b】 ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す横断面図である。
【図6】 ガイド部材が冷却間隙を制限する実施例を示す斜視図である。
【図7】 2つの区分から成るロータを備えた実施例を示す縦断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H029 AA03 AA16 AA18 AB06 BB12 BB43 BB50 CC08 CC16 CC22 CC46 CC48

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スクリュ型真空ポンプであって、2つの軸(7,8)と、該
    軸によって保持された各1つのロータ(3,4)とが設けられていて、該ロータ
    (3,4)が各1つの中空室(31)を有しており、各中空室(31)内に別の
    中空室(32)が設けられていて、該別の中空室(32)が、冷却媒体回路の一
    部であり、軸(7,8)が圧力側に向かって開放した孔(41)を有していて、
    該孔(41)を通して前記別の中空室(32)に対する冷却媒体の供給・排出が
    行われる形式のものにおいて、軸(7,8)の開放した孔(41)内に、流入す
    る冷却媒体と流出する冷却媒体とを別個に案内するために働くガイド部材(44
    )が設けられていることを特徴とする、冷却式のスクリュ型真空ポンプ。
  2. 【請求項2】 軸方向に延びている供給管路及び/又は排出管路が、中心に
    位置する孔又は偏心的に位置する孔として、側部における長手方向溝区分として
    、又は外側の旋削部(リング溝)として、ガイド部材に形成されている、請求項
    1記載のスクリュ型真空ポンプ。
  3. 【請求項3】 軸方向及び半径方向の管路区分がガイド部材内に次のように
    、すなわち該管路区分が、供給される冷却媒体と排出される冷却媒体とを別個に
    交差させて案内できるように、配置されている、請求項1又は2記載のスクリュ
    型真空ポンプ。
  4. 【請求項4】 長手方向溝又は長手方向溝対(89)が、冷却媒体の供給の
    ために働き、かつ該長手方向溝又は長手方向溝対(89)に対して90°ずらさ
    れた長手方向溝又は長手方向溝対(91)が、冷却媒体の排出のために働く、請
    求項3記載のスクリュ型真空ポンプ。
  5. 【請求項5】 付加的な横孔(88,90)を用いて、冷却媒体流が互い違
    いに案内されている、請求項4記載のスクリュ型真空ポンプ。
  6. 【請求項6】 軸方向に延びる供給管路及び排出管路が、ほぼ半径方向に延
    びる孔を介して中空室(32)と接続されている、請求項1から5までのいずれ
    か1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  7. 【請求項7】 ガイド部材が3つの区分(61,62,63)から成ってお
    り、該区分(61,62,63)が軸(8)における中空室を3つの部分室(6
    4,65,43)に分割しており、これらの部分室(64,65,43)がそれ
    ぞれ横孔(46,47,49)の高さに位置しており、前記区分(61,62,
    63)における適宜な孔と、これらの孔を互いに接続する管路区分(67,68
    )とによって、冷却媒体の別個の供給・排出が行われる、請求項1記載のスクリ
    ュ型真空ポンプ。
  8. 【請求項8】 冷却媒体を排出するために働く管路が、伝動装置室(16)
    に開口している、請求項1から9までのいずれか1項記載のスクリュ型真空ポン
    プ。
  9. 【請求項9】 軸(7,8)の吸込み側端部が、ロータ(3,4)の圧力側
    端部と結合されており、ガイド部材(44)がロータ中空室(31)内にまで延
    びている、請求項1から8までのいずれか1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  10. 【請求項10】 ガイド部材(44)が、軽い材料、有利にはプラスチック
    から成っている、請求項9記載のスクリュ型真空ポンプ。
  11. 【請求項11】 ロータ(3,4)が穿孔されており、ガイド部材(44)
    が、軸(7,8)にロータ(3,4)を固定するために抗張部材の機能を果たし
    ている、請求項1から10までのいずれか1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  12. 【請求項12】 ロータ中空室(31)の内壁が別の中空室(32)を制限
    していて、圧力側に向かって円錐形に拡大している、請求項1から11までのい
    ずれか1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  13. 【請求項13】 別の中空室(32)が、冷却媒体によって貫流される比較
    的狭い円筒形のリング間隙区分(32)であり、該リング間隙区分(32)が、
    組込み体とロータ中空室(31)の各内壁との間においてかつロータ(3,4)
    の吸込み側と圧力側との間において延びている、請求項1から11までのいずれ
    か1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  14. 【請求項14】 軸(8)が圧力側においてロータ(4)と結合されており
    、ガイド部材(44)がロータ(4)内における中空室(31)内を延びており
    、ガイド部材(44)とロータ内壁とが冷却間隙(32)を形成している、請求
    項9又は13記載のスクリュ型真空ポンプ。
  15. 【請求項15】 リング間隙区分(32)が直接、軸(7,8)とロータ中
    空室(31)の内壁との間に位置している、請求項13記載のスクリュ型真空ポ
    ンプ。
  16. 【請求項16】 軸(7,8)がスリーブ(87)を備えていて、該スリー
    ブ(87)の外側面がリング間隙(32)を制限している、請求項13又は15
    記載のスクリュ型真空ポンプ。
  17. 【請求項17】 ロータ(4)が2つの区分(4′,4′′)から成ってお
    り、冷却液によって貫流される2つの室(32′,32′′)が設けられていて
    、両室(32′,32′′)にガイド部材(44)における通路を介して冷却液
    が供給される、請求項1から16までのいずれか1項記載のスクリュ型真空ポン
    プ。
  18. 【請求項18】 軸(7,8)がロータ(4)の圧力側の区分(4′′)を
    貫通しており、吸込み側の区分(4′)が軸(7,8)の圧力側端部と結合され
    ており、ガイド部材(44)が、吸込み側のロータ区分(4′)の中空室内にま
    で延びていて、室(32′)を制限している、請求項17記載のスクリュ型真空
    ポンプ。
  19. 【請求項19】 冷却媒体の流れ方向は、室(32)が圧力側から吸込み側
    に向かって貫流されるように選択されている、請求項1から18までのいずれか
    1項記載のスクリュ型真空ポンプ。
  20. 【請求項20】 軸(7,8)の圧力側端部の領域に、冷却媒体ポンプが設
    けられている、請求項1から19までのいずれか1項記載のスクリュ型真空ポン
    プ。
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