JP2009144710A - 回転翼形油回転真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない電力消費を有する回転翼形油回転真空ポンプを提供する。
【解決手段】本発明は、軸（５）と、翼板（１１、１２）と、軸に対して同軸の円筒面（３３）を含むラジアル滑り軸受（７、８）と、および駆動装置（１４、１５）とを備えた回転翼形油回転真空ポンプ（１）に関するものである。回転速度が低下された運転が可能なように軸受の流体力学的特性を変化させるために、前記円筒面が、軸中心線に対する間隔が増大された外面（４１、４１′、４１′′）をもつ少なくとも１つの凹部（３０、３０′、３０′′）を有することが提案される。
【選択図】図４

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の回転翼形油回転真空ポンプに関するものである。

回転翼形油回転真空ポンプは低真空および中真空を発生するために工業の多くの分野で使用される。エネルギー・コストの上昇と共に運転コストの低下が要求される。したがって、ドイツ特許公開第１０２００４０２４５５４号は、ブラシなし直流モータを有する回転翼形油回転真空ポンプを備えることを提案している。これは、トルクと回転速度との均等な関数関係に基づいて駆動装置の小型化を可能にする。この回転翼形油回転真空ポンプに対してのみならず、例えば非同期モータのような通常の駆動装置を有する回転翼形油回転真空ポンプに対してもまた、電力消費を低下させるための他の手段が望まれている。

したがって、この従来技術から出発して、より少ない電力消費を有する回転翼形油回転真空ポンプを提供することが本発明の課題である。

この課題は、請求項１の特徴を有する回転翼形油回転真空ポンプにより解決される。請求項２−８は有利な変更態様を与える。
滑り軸受内における流体力学的特性は、滑り軸受面の速度したがって軸の回転速度の関数である。ラジアル滑り軸受の円筒面内に軸中心線に対する間隔が増大された外面をもつ少なくとも１つの凹部により、軸の回転速度が低いときにおいても潤滑膜が形成される。したがって、請求項１に記載の回転翼形油回転真空ポンプは、低い回転速度において、特に正常回転速度よりも低いアイドル回転速度においても運転可能である。回転翼形油回転真空ポンプ内において行われる圧縮作業に対して、動力は駆動装置により供給されなければならない。したがって、アイドル回転速度による運転においては、全排気速度が必要とされず且つ僅かな圧縮作業が行われるにすぎないこのような期間において電力消費は低下する。全排気速度は正常回転速度において達成される。

一変更態様において、円筒面は、アキシアル方向端部に、アキシアル方向および周方向において軸中心線に対して一定の間隔をもつセクションを有している。これは、ラジアル滑り軸受からポンプ段内に流出する潤滑剤の量を著しく低減させる。この量の低減は、いわゆるオイル衝撃による騒音の発生、潤滑剤内に溶解されているガスの放出および電力消費を低下させる。

軸の周りに等間隔に３つの凹部を配置することは案内特性を改善させ、これにより、軸のよろめき運動は低減される。これは、同様に、より高い回転規則性に基づいて電力消費を低下させる。さらに、より高い回転規則性は騒音発生を低下させる。

一変更態様において、凹部は、真空ポンプにより発生される力の方向内において、軸の潤滑剤ポンプに対向する側に位置するように配置されている。これにより、この方向における軸のたわみが抑制され、よろめき運動は回避され、この結果、回転規則性が改善される。全体として、これは電力消費および騒音発生を低下させる。

軸中心線に対する外面の間隔を周方向に増大するように形成する手段は連続的な潤滑膜を形成し且つ周方向における支持力特性を向上させる。これは流体力学的特性したがって回転翼形油回転真空ポンプの電力消費を改善する。

一変更態様として、凹部がポケットを有し、ポケット内に潤滑剤量が貯蔵され、この潤滑剤量により、低い回転速度においても確実な潤滑膜形成が行われる。したがって、電力消費を低下させるための回転速度の低下が可能になる。

他の変更態様において、軸が１つの部品で形成され且つ駆動装置により直接駆動される。このときには軸部品間の結合は必要ではなく、１つの軸のみが支持されるにすぎないので、軸受損失は低下する。このような直接駆動は駆動装置構造の精度に対する高い要求を満たすものであり、その理由は、もし直接駆動でない場合、軸に対してラジアル方向力が加えられるからである。しかしながら、この要求は、軸受の改善された案内特性により克服される。

一変更態様において、回転翼形油回転真空ポンプがアキシアル凹部を備えたアキシアル軸受を有し、このアキシアル凹部それ自身により高いアキシアル方向力が受入可能である。これは回転規則性および電力消費に有利に働く。

一実施例により本発明が詳細に説明され且つ他の利点が示されるものとする。

図１は、複数のセクションを有するハウジング２を備えた回転翼形油回転真空ポンプ１を示す。第１のセクション２ａ内に駆動電子装置１６が収納されている。第２のセクション２ｂ内に駆動装置が存在し、駆動装置は、駆動電子装置１６によってその通電が行われる電気コイル１５を含む。電気コイル１５は、軸５と結合されている永久磁石１４と協働する。ハウジングの第３のセクション２ｃはガス入口３を含む。ハウジングの第４のセクション２ｄはガス出口４を含み且つその内部空間内にポンプ装置ハウジング２０を受け入れている。ポンプ装置ハウジングの少なくとも一部は潤滑剤貯蔵１７により包囲されているので、ポンプ装置ハウジング内において発生された熱は潤滑剤を介して排出可能である。ポンプ装置ハウジング内にポンプ段が存在している。回転翼形油回転真空ポンプの既知の原理に基づいて、軸５は中真空段の円筒室９および低真空段の円筒室１０を偏心して貫通している。軸は各ポンプ段に対して１つのスリットを有し、スリット内に少なくとも１つの翼板が受け入れられ、翼板は軸の回転によりそれぞれの室内を回転し、このようにしてガスの圧縮を行う。中真空段内においてはこれは中真空段の翼板１１であり、低真空段内においてはこれは低真空段の翼板１２である。

軸は、ポンプ段間に配置されている第１のラジアル軸受７と、およびハウジングの第３のセクション内において中真空段と駆動装置との間に配置されている第２のラジアル軸受８とにより、ラジアル方向に、回転可能に支持されている。アキシアル滑り軸受６は軸中心線の方向に軸を支持する。軸の直径は、段１８において、ポンプ段の範囲内の直径から軸端部における範囲に低減する。段の範囲内の正面はアキシアル滑り軸受の一部として働く。軸は潤滑剤ポンプ１３を有し、潤滑剤ポンプは駆動装置と第２のラジアル軸受との間に設けられている。潤滑剤ポンプはアキシアル滑り軸受および第２のラジアル軸受８に加圧された潤滑剤を供給する。第１のラジアル軸受７には大気圧がかかっている潤滑剤が供給される。潤滑剤ポンプは軸に対して力を発生し、力の方向が矢印２５により示されている。

図２はポンプ段間に配置されている第１のラジアル軸受を詳細に示している。以下にこのラジアル軸受に関して記載される形態特徴は第２のラジアル軸受に対してもまた適用される。

ラジアル軸受は滑り軸受として形成され且つ軸中心線に対して同軸の円筒面３３を有している。この円筒面と軸５との間に隙間が存在し、この隙間内において潤滑剤は潤滑膜を形成し、軸受の作用はこの潤滑膜に基づいている。同軸の円筒面はポンプ装置ハウジング２０内に形成されていることが有利ではあるが、好ましい材料の組み合わせを選択可能にするために、独自の部品に設けられていてもよい。同軸の円筒面は、中真空段の翼板１１と低真空段の翼板１２との間に存在する軸の表面部分と協働する。円筒面の軸方向端部に設けられているセクション３１および３２はアキシアル方向および周方向において軸中心線に対して一定間隔を有しているが、これらのセクションの間に本発明による凹部３０が配置され、凹部はさらにポケット４０を有している。

構造をわかりやすく説明するために、図３および４はラジアル軸受の断面を示す。図３内の断面図はセクション３１の位置における線Ｉ−Ｉ′によるものである。ポンプ装置ハウジング２０内に設けられているセクション３１の面は軸５に同軸に形成され、この場合、周方向において面と軸との間に隙間が残存する。本来、隙間の寸法は周に沿って均等であるが、軸に作用する力が中心からのたわみを与える。このような力は潤滑剤ポンプにより発生し、その力に対して作用方向が矢印２５により示されている。隙間内に存在する潤滑剤膜にかかる圧力はたわみの位置において上昇され、これにより軸の復元力が与えられる。

図４内の断面図は図１に示されている線ＩＩ−ＩＩ′により凹部３０の位置で示されている。３つの凹部３０、３０′、３０′′は周に沿って等角間隔で分配されている。これらの各凹部はさらにポケット４０、４０′、４０′′を有している。凹部間に中間セクション４２、４２′および４２′′が設けられ、中間セクションはそれぞれ軸中心線に対して一定間隔を有し、この間隔は、最も簡単な場合、セクション３１および３２の軸中心線に対する間隔に対応する。凹部３０、３０′、３０′′の各々は、軸中心線に対して周方向に増大する間隔をもつ外面４１、４１′、４１′′を有している。この間隔はポケットの方向に増大し、一方、中間セクション４２への移行は連続的である。この形態により、各凹部に少なくとも１つの収斂する隙間が、この例においては回転方向に収斂する合計３つの隙間が形成される。軸に対する間隔は中間セクション４２、４２′、４２′′において最も小さく、これにより、軸受の剛性は最も高くなる。力２５の対向方向に凹部３０を配置することは、この力が本質的に２つの中間セクション４２および４２′′により受け止められるように働く。これにより、軸はきわめて良好に心出しされる。ポケット４０、４０′および４０′′は潤滑剤貯蔵を形成する。回転翼形油回転真空ポンプの停止直後において、潤滑剤貯蔵は、軸が静止状態から回転されるとき、潤滑のために供給される。これは、この始動過程の間における回転特性に関して、および軸受摩耗が低下されることから寿命に関して利点を提供する。

図５は凹部の斜視図を示す。同軸の円筒面３３は複数の部分から構成されている。これらは中間セクション４２および軸方向端部セクション３１および３２を含む。これらの面は全て軸中心線に対して同じ間隔を有している。凹部は、中間セクション４２内に連続的に移行する外面４１を有している。外面はさらにポケット４０を有し、ポケット内に潤滑剤貯蔵が形成され、この潤滑剤貯蔵により、軸の回転速度が低いときでも滑り軸受の確実な機能が保証されている。回転翼形油回転真空ポンプの停止直後において、潤滑剤貯蔵は、軸が静止状態から回転されるとき、潤滑のために供給される。これは、この始動過程の間における回転特性に関して、および軸受摩耗が低下されることから寿命に関して利点を提供する。

凹部３０、３０′および３０′′と中間セクション４２、４２′および４２′′とを交互に配置することは、軸とポンプ装置ハウジングの軸受形成部分との間の隙間の狭い位置が軸受周辺に沿って複数箇所に分配されているので、軸５をより良好に心出しさせる。これに対して、簡単な円筒軸受においては、そこには隙間の狭い位置のみが存在するので、軸はその中心位置からのたわみを受ける。凹部内のポケットは潤滑剤貯蔵を形成し、軸受に供給される潤滑剤がきわめて僅かなときにおいても、この潤滑剤貯蔵から滑り軸受に対して潤滑剤が供給される。これは、上記の例において、軸が低速で回転している場合であり、この低速回転においては、軸上に配置されている潤滑剤ポンプの供給量および圧力が低下するからである。セクション３１および３２は、滑り軸受内に潤滑剤が保持されるように働き、且つ特に、ポンプ段間に配置されている第１のラジアル軸受から、中真空段および低真空段の円筒室１０および１１内に、潤滑剤が到達しないように働く。潤滑剤は溶解ガスを同伴し、このガスは室内に放出されることになるので、この場合、潤滑剤の溢流は回避されなければならない。さらに、潤滑剤の溢流は滑り軸受に対して潤滑剤を不足させることになるであろう。これらの全ての手段は電力消費の低下に寄与することは明らかである。

図３−５の全てにおいて、ポケットおよび凹部は誇張して示されている。凹部の軸中心線に対する最大間隔は中間セクションの軸中心線に対する間隔よりも１ｍｍの数百分の一だけ大きく形成することが有利であり且つ好ましいことがわかった。ポケットは、凹部よりも、軸中心線に対して１ｍｍのほぼ１／１０だけ大きい間隔を有している。

図６はアキシアル軸受６の形態を示す。ポンプ段ハウジング２０内に軸受面５０が設けられ、軸受面の法線は軸中心線にほぼ平行に位置している。この面と軸の段との間に支持潤滑剤膜が形成されている。面上に、周囲に沿って等間隔にアキシアル凹部５１が配置されている。この凹部は軸受面のラジアル方向深さの一部のみに伸長しているにすぎない。これにより、潤滑剤の必要量は低減され且つアキシアル軸受から隣接ポンプ段への潤滑剤のきわめて強い流出が阻止される。真空技術的性能要求を達成可能にするために、潤滑剤のより強い流出は回避されなければならない。

潤滑剤として従来技術から既知のオイルのいずれかが使用される。

回転翼形油回転真空ポンプの断面図である。 真空ポンプ段間のラジアル滑り軸受の断面図である。 線Ｉ−Ｉ′によるラジアル滑り軸受の軸中心線に垂直な断面図である。 線ＩＩ−ＩＩ′によるラジアル滑り軸受の軸中心線に垂直な断面図である。 ラジアル滑り軸受の断面斜視図である。 アキシアル軸受の軸受面の正面図である。

符号の説明

１ 回転翼形油回転真空ポンプ
２ ハウジング
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ ハウジング・セクション
３ ガス入口
４ ガス出口
５ 軸
６ アキシアル滑り軸受
７、８ ラジアル滑り軸受
９、１０ 円筒室
１１、１２ 翼板
１３ 潤滑剤ポンプ
１４ 駆動装置（永久磁石）
１５ 駆動装置（電気コイル）
１６ 駆動電子装置
１７ 潤滑剤貯蔵
１８ 段
２０ ポンプ装置ハウジング（ポンプ段ハウジング）
２５ 力の方向
３０、３０′、３０′′ 凹部
３１、３２ アキシアル方向端部セクション
３３ 円筒面
４０、４０′、４０′′ ポケット
４１、４１′、４１′′ 外面
４２、４２′、４２′′ 中間セクション
５０ 軸受面
５１ アキシアル凹部

Claims (8)

1. 軸（５）と、翼板（１１、１２）と、軸に対して同軸の円筒面（３３）を含むラジアル滑り軸受（７、８）と、および駆動装置（１４、１５）とを備えた回転翼形油回転真空ポンプ（１）において、
   前記円筒面が、軸中心線に対する間隔が増大された外面（４１、４１′、４１′′）をもつ少なくとも１つの凹部（３０、３０′、３０′′）を有することを特徴とする回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
2. 前記円筒面（３３）が、そのアキシアル方向端部に、アキシアル方向および周方向において軸中心線に対して一定の間隔をもつセクション（３１、３２）を有することを特徴とする請求項１の回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
3. 前記円筒面（３３）が、周方向に等角間隔に配置された３つの凹部（３０、３０′、３０′′）を有することを特徴とする請求項１または２の回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
4. 前記凹部（３０、３０′、３０′′）が、真空ポンプにより発生される力の方向（２５）内に位置するように、軸（５）の潤滑剤ポンプ（１３）に対向する側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
5. 前記凹部（３０、３０′、３０′′）の外面（４１、４１′、４１′′）が、軸中心線に対して、周方向に増大する間隔を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
6. 前記凹部（３０、３０′、３０′′）がポケット（４０、４０′、４０′′）を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
7. 前記軸（５）が１つの部品で形成され且つ前記駆動装置（１４、１５）が軸を直接駆動することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの回転翼形油回転真空ポンプ（１）。
8. 回転翼形油回転真空ポンプがアキシアル軸受（６）を有し、前記アキシアル軸受はアキシアル凹部（５１）を設けた軸受面（５０）を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの回転翼形油回転真空ポンプ（１）。

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