JP4225686B2 - 冷却式のねじ型真空ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野：
本発明は、それぞれ１つのねじ型ロータと１本の軸とから成る２つの回転系と、各軸上に相互間隔をおいて配置された２つの軸受を有する片持ち式のロータ軸受装置と、各ロータ内で軸受側の開いた中空室とを備え、かつ各中空室内にロータ内部冷却手段を設けた形式の冷却式のねじ型真空ポンプに関する。
【０００２】
背景技術：
すでに提案されている前記形式のねじ型真空ポンプでは、片持ち式軸受装置のロータ寄り軸受は、ロータ内で軸受側へ向かって開いた中央中空室の内部に位置している。冷却は潤滑油によって行われ、該潤滑オイルは、軸内の中央通路の内部を先ずロータ寄り軸受へ向かって案内される。周知のように、圧送されるオイル量は、できるだけ多量の熱を導出できるようにするために、軸受の潤滑に要する量よりも大である。
【０００３】
従来技術によるねじ型真空ポンプでは中空室を通って案内されるオイル量は制約を受けている。それというのは前記中空室内には、軸受のみならず、軸受支持体も収容されねばならないからである。それ故にねじ型真空ポンプの吐出側領域の冷却が不充分になる危険がある。それというのは、まさしくこの吐出側領域こそは、圧縮作業の遂行に基づいて熱発生が最大になる所だからである。そればかりでなくロータ内に中空室が存在するために、軸受−中空室の領域ではロータの壁厚が制約を受けている。これに基づいて、温度勾配が著しく高い場合にしか、ねじ螺条の吐出側領域において発生する熱を、ロータの吸込み側領域、軸および冷却オイルを介して充分に導出することができない。ねじ型真空ポンプの吐出側領域の高い温度もしくは不充分な冷却の結果、ロータの不均等な膨張が生じ、ひいてはロータ間および各ロータとケーシングとの間に局所的な遊び消失化が生じる。ロータの摩擦回転は、確かに比較的大きな遊びによって回避することができる。しかしながら遊びが比較的大きいためにポンプ特性は不良になる。更に公知のねじ型真空ポンプの場合には、中空室内に位置している軸受は、比較的熱いオイルでしか潤滑できないために、過熱の危険がある。更にまた公知のねじ型真空ポンプは、鉛直に配置された軸でしか運転することができない。
【０００４】
発明の開示：
本発明の課題は、明細書冒頭で述べた形式のねじ型真空ポンプに装備された冷却手段を改良することである。
【０００５】
前記課題を解決するための本発明の構成手段は、軸受装置のロータ寄り軸受が、ロータ内の中空室の外部に位置している点にある。
【０００６】
本発明は、軸受および軸受支持体によって妨げられることなくロータを内部から効果的に冷却することを可能にするので、不都合な遊び消失化がこのクリティカルな領域においてもはや発生することはなくなる。
【０００７】
有利には各ロータは、異なったロータねじ山プロフィールを有する２つのロータ区分から成っており、その場合、吐出側のロータ区分のロータねじ山プロフィールの深さは、吸込み側のロータ区分のロータねじ山プロフィールの深さよりも小である。吐出側のロータ区分におけるねじ山深さを浅くすることによって、中空室内に内部冷却手段を収容するスペースが一層広くなる。
【０００８】
更にまた、吐出側のロータ区分が吸込み側のロータ区分よりも小さい直径を有するように、ロータおよびケーシングが段階状に構成されている場合には、この構成手段によって、ケーシング内に、ケーシングジャケット冷却手段を収容するためのスペースが一層広くなる。
【０００９】
本発明の更なる実施形態によれば、ねじ型真空ポンプのケーシングの周壁内に、しかも少なくともロータの高さレベルに、冷却媒体の通流する複数の冷却通路を付加的に設けるのが有利である。このような形式の冷却ジャケットを設けることによって、特にロータの本発明の内部冷却手段と相俟って、ねじ型真空ポンプ全体の温度を均等化することが可能になる。ねじ型真空ポンプはこれによって、異なった負荷の場合には異なった温度をとることができ、その場合ギャップの減少化が生じることはない。また異なった温度膨張による問題を避けるために、軸受、軸受支持体および駆動モータを、このような温度調整に関係づけるのが有利である。本発明の形式のジャケット冷却手段は、優れた消音作用効果を有するという利点を有している。
【００１０】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１１】
図１は、本発明のねじ型真空ポンプ１の１実施例を、駆動モータ２を装備した両回転系の高さで断面して示した断面図である。両回転系の同期化は歯車３によって行われる。
【００１２】
ケーシング４内に収容されている両回転系はそれぞれロータ５と軸６から成っている。各ロータ５は片持ち式であり、つまり片側で軸支されている。軸６は、軸受７，８ならびに軸受支持体１１，１２を介してケーシング４内で支持されている。ケーシングの両端面にはケーシング蓋１３，１４が設けられており、そのうち、ロータ寄りのケーシング蓋１３は入口接続管片１５を装備している。歯車寄りのケーシング蓋１４はその構成部分として軸受支持体１２を有している。
【００１３】
ロータ５は、異なったロータねじ山プロフィール１９，２０を有していて互いに係合式に結合された２つのロータ区分１７，１８から成っている。吸込み側のロータ区分１７は、螺旋形のスクーピング作業室内に高い体積流を得るために大体積のロータねじ山プロフィール１９を有している。ロータ５の吐出側のロータ区分１８は、減少されたプロフィール体積を有すると共に、より小さな直径を有している。これによって螺旋形のスクーピング（Scooping）作業室の横断面積は減少する。圧縮作業を減少する内部圧縮が得られる。
【００１４】
ケーシング４のインナー周壁はロータ段付けに適合されている（段部２１）。鎖線２２によって、ケーシングを段部２１の高さレベルで分割可能に構成できることが示唆されている。これによって吸込み側のロータ区分１７およびケーシング４の吸込み側部分４′を、別のプロフィール、別の長さおよび／または別の直径ならびに該寸法に適合されたケーシング部分と取り替えて、ポンプを種々異なった適用例に適合させることが可能である。
【００１５】
ねじ型真空ポンプ１の、螺条部の吐出側端部に接続する出口は符号２４で示されている。該出口２４は側方に導出されている。更に該出口２４にはケーシング孔２５が開口しており、該ケーシング孔は、（ロータ段付けによってであれ、かつ／またはねじ山プロフィールの変換によってであれ）その横断面積の減少する領域でスクーピング作業室を出口２４と接続している。ケーシング孔２５内には逆止弁２６が設けられており、該逆止弁は、前記スクーピング作業室内に過圧が生じた場合に開弁し、かつロータ区分１７の吸込み側螺条部を出口２４と短絡させる。螺旋形のスクーピング作業室を軸受装置に対して封止するために波形パッキン２７が設けられており、該波形パッキンは、軸受７とロータ区分１８との間に位置している。
【００１６】
図示の実施形態の冷却系は、ロータ内部冷却とケーシングジャケット冷却とから成っている。
【００１７】
ロータ内部冷却を実現するためにロータ５は、その軸受側の方に開いた中空室３１を装備しており、該中空室は、ほぼロータ５全体を通って延在することができる。ロータ５が２つのロータ区分１７，１８から成っている場合には、吐出側のロータ区分１８は中空に形成されているのが有利である。吸込み側のロータ区分１７は、中空室３１の吸込み側端部を閉鎖している。軸６は、ロータ５もしくは該ロータ５の吐出側ロータ区分１８と一体に形成されているのが有利であるが、該軸６もやはり中空である（中空室３２）。前記中空室３１，３２内には中央冷却管３３が位置し、該中央冷却管は軸受側で前記軸６から導出されており、かつロータ側では中空室３１の吸込み側端部の直前で開口している。中央冷却管３３および、該中央冷却管３３と中空の軸６とによって形成された環状室は、冷却媒体の供給・排出のために活用される。
【００１８】
図示の実施例では中央冷却管３３の軸受側の開口３４は、導管３５を介して冷却媒体ポンプ３６の出口と連通している。更にケーシング蓋１４の領域に冷却媒体溜め３７が位置し、該冷却媒体溜めは導管系３８を介して冷却媒体ポンプ３６の入口に接続されている。冷却媒体溜め３７および導管系３８は、図示のねじ型真空ポンプ１を鉛直位置と水平位置との如何なる位置においても運転できるように構成されている。ねじ型真空ポンプ１の水平位置および鉛直位置で生じる冷却媒体レベルが図示されている。冷却媒体ポンプ３６が（図示のように）ケーシング４の外部に位置しているか、それともケーシング４の内部に（例えば駆動モータ２の高さレベルでねじ型真空ポンプ１の目視できない第２の軸上に）位置しているかに応じて、中央冷却管３３の開口３４は、ケーシング４の外部にかまたは内部に位置している。
【００１９】
ロータ５の内部冷却運転のためには冷却媒体は、冷却媒体ポンプ３６によって冷却媒体溜め３７から中央冷却管３３を介してロータ５内の中空室３１へ圧送される。該中空室３１から冷却媒体は、中央冷却管３３と軸６との間の環状室を介して冷却媒体溜め３７内へ還流する。中空室３１は、ねじ型真空ポンプ１の螺条部の吐出側領域の高さレベルに位置しているので、この領域は効果的に冷却される。中央冷却管３３の外部を還流する冷却媒体は殊に中空の軸６、軸受７，８、駆動モータ２（電機子側）および歯車３を温度調節するので熱膨張問題は緩和されている。
【００２０】
吐出側端部領域における中央冷却管３３と軸６との間の環状室の横断面積は、例えば中央冷却管３３がこの領域においてより大きな外径を有することによって減少するのが有利である。これの手段よって狭窄された通路３９が生じる。この狭窄部位は、冷却媒体を案内する空間の完全充填を保証する。
【００２１】
中央冷却管３３の材料としては、熱伝導不良の材料（例えばプラスチック／特殊鋼など）を選択するのが有利である。これによってロータ５の効果的な冷却およびねじ型真空ポンプ１の軸近傍の構成部品の温度均等化が得られる。
【００２２】
図示のケーシングジャケット冷却手段は、ケーシング４内の空隙もしくは通路から成っている。ロータ５の領域に設けた冷却通路は符号４１で、また駆動モータ２の領域に位置する冷却通路は符号４２で示されている。
【００２３】
ロータ５の領域に位置する冷却通路４１は第１に、特にロータ５の吐出側領域において発生する熱を導出する役目を有し、第２にロータ全体の高さレベルでケーシング４の温度をできるだけ均等化せねばならず、第３に吸収熱を外部へ放熱する役目を有している。従って冷却媒体の通流する冷却通路４１は、ロータ５の全長にわたって延在している。ケーシング蓋１３は、冷却通路４１の吸込み側閉鎖体として役立つ。また出口側でもケーシング４は効果的に冷却されている。
【００２４】
駆動モータ２の高さレベルに位置する冷却通路４２も同じく前記の役目を有しており、駆動モータ２（巻線側）ならびに軸受支持体１１の温度を調節する。また該冷却通路はねじ型真空ポンプ１の外表面を介しての放熱を著しく増大させる。この外表面は少なくとも冷却通路４１，４２の高さレベルにフィン４４を装備しているのが有利である。
【００２５】
冷却通路４１，４２への冷却媒体の供給は、同じく冷却媒体ポンプ３６によって、しかも（両冷却通路に冷却媒体を並列に通流させようとする場合には）導管４５，４６を介して行われる。熱的要求に応じて、前記の両冷却通路に順次相前後して冷却媒体を供給することも可能である。その場合は一方の導管４５または４６を省くことができる。詳細な図示を省いた孔を介して冷却媒体は、冷却通路４１，４２から冷却媒体溜め３７へ戻る。
【００２６】
軸６を鉛直に配置した場合には、冷却媒体溜め３７内に収容されている冷却媒体が、冷却媒体溜め３７内へ侵入している軸受支持体１２の温度調節を引受ける。軸６の水平配置の場合には、軸受支持体１２の温度を調節すると共に外部への放熱効果を改善するために、還流する冷却媒体をケーシング蓋１４の内面を介して流動させるのが有利である。
【００２７】
図１に示した実施例では、すでに述べたようにケーシング４およびロータ５は、鎖線２２の高さレベルで分割可能に構成されている。これによってロータ５の吸込み側区分（ロータ区分１７）およびケーシング４の吸込み側区分（ケーシング部分４′）を別の構成部分と置き換えることも可能である。ねじ型真空ポンプ１は、異なったロータねじ山プロフィール１９、異なった長さ、異なったリードおよび／または異なった直径を有するロータ区分１７を、その都度適合したケーシング部分４′と共に組付けることによって、種々異なった適用例に適合することができる。高い吸込み能を得るために種々異なった大きさの吸込み側ねじ山プロフィールを、かつ／または低い終端圧を得るために種々異なった長さの吸込み側ねじ山プロフィールを、かつ／または例えば比較的僅かな段付けで比較的高い流体適合性または比較的高い段付けで高い吸込み能を得るために種々異なった体積段階を、比較的小さな入力で選択することが可能である。また特定の適用例の場合にロータ５の減径部の領域で圧力軽減を得るために該減径部の高さレベルに周溝を設けることも可能である。
【００２８】
ねじ型真空ポンプ１を通流する冷却媒体は、水、オイル（鉱油、PTFEオイルなど）またはその他の液体であることができる。オイルの使用は、これによって軸受７，８および歯車３を潤滑できるので有利である。冷却媒体と潤滑剤とを別々に案内すること、ならびにそれに相応したシールを設けることが、これによって省かれる。軸受７，８に対してオイルを調量しつつ供給することだけを配慮すればよい。
【００２９】
前記の解決手段によって有利な材料選択が可能になる。例えばロータ５とケーシング４は、比較的低廉なアルミニウム材料から成ることができる。本発明の冷却方式、殊にねじ型真空ポンプ１の温度均等化に基づいて、運転温度が異なりかつギャップが比較的小さい場合でさえも、遊びが局所的に消失してロータとロータとの接触回転およびロータとケーシングとの接触回転を生ぜしめることはなくなる。更にまた、ねじ型真空ポンプ１の、比較的高い熱負荷を受ける内部構成部品（ロータ、軸受、軸受支持体、歯車）のために、低い熱負荷を受けるケーシング４の材料よりも小さな熱膨張係数を有する材料を使用する場合には、ギャップの更なる減少化が可能になる。これによってねじ型真空ポンプ１の全構成部品の膨張均等化が得られる。このような材料選択の１例として、内部構成部品のためには鋼（例えば CrNi-鋼 ）が、ケーシングのためにはアルミニウムが挙げられる。内部構成部品のための材料としては、青銅、真鍮または洋銀を使用することも可能である。
【００３０】
図２に示した実施例ではロータ５の内部冷却手段は、軸受寄りをケーシング４に支持されて中空室３１内へ侵入する冷却ブシュ５１を有している。該冷却ブシュ５１は軸６を包囲しており、該軸はもはや中空には形成されていず、中空室（３１）を貫通し、かつ吸込み側端部の領域でロータ５を支持している。冷却ブシュ５１に冷却媒体を供給するために、単数または複数の冷却通路５２が設けられており、該冷却通路は、図示を省いたが冷却媒体ポンプ３６によって供給される。
【００３１】
冷却ブシュ５１がロータ５からできるだけ多量の熱を吸収できるようにするために、冷却ブシュ５１とロータ５との間のギャップ５３は、できるだけ小さく選ばれている。この領域で冷却ブシュ５１は外ねじ山５４を有し、該外ねじ山は、スクーピング作業室の方向に向いたポンピング作用を有している。このスクーピング作業室に存在する汚染微粒子がこのポンピング作用によって留め置かれる。
【００３２】
冷却ブシュ５１と軸６との間のギャップ５５も比較的小さく、これに基づいて、内ねじ山５６を介して冷却ブシュ５１の内面にポンピング作用を発生することが可能である。該ポンピング作用は、波形パッキン２７／軸受７の方向に作用し、かつ前記スクーピング作業室からオイル微粒子を遠ざける。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による冷却手段を備えたねじ型真空ポンプの断面図である。
【図２】 本発明の別の実施形態による冷却手段を備えた図１の部分断面図である。
【符号の説明】
１ ねじ型真空ポンプ
２ 駆動モータ
３ 歯車
４ ケーシング
４′ 吸込み側ケーシング部分
５ ロータ
６ 軸
７，８ 軸受
１１，１２ 軸受支持体
１３，１４ ケーシング蓋
１５ 入口接続管片
１７，１８ ロータ区分
１９，２０ ロータねじ山プロフィール
２１ 段部
２２ 鎖線
２４ 出口
２５ ケーシング孔
２６ 逆止弁
２７ 波形パッキン
３１，３２ 中空室
３３ 中央冷却管
３４ 軸受側の開口
３５ 導管
３６ 冷却媒体ポンプ
３７ 冷却媒体溜め
３８ 導管系
３９ 狭窄部位または狭窄された通路
４１，４２ 冷却通路
４４ フィン
４５，４６ 導管
５１ 冷却ブシュ
５２ 冷却通路
５３ ギャップ
５４ 外ねじ山
５５ ギャップ
５６ 内ねじ山

Claims (17)

1. それぞれ１つのねじ型ロータ（５）と１本の軸（６）とから成る２つの回転系（５，６）と、各軸上に相互間隔をおいて配置された２つの軸受（７，８）を有する片持ち式のロータ軸受装置と、各ロータ内で軸受側の開いた中空室（３１）とを備え、かつ各中空室内にロータ内部冷却手段を設けた形式の冷却式のねじ型真空ポンプ（１）において、
   軸受装置のロータ寄り軸受（７）が、ロータ（５）内の中空室（３１）の外部に位置しており、
   冷却媒体ポンプ（３６）が設けられており、該冷却媒体ポンプの入口が導管系（３８）を介して、ポンプケーシング（４）内に設けられている冷却媒体溜め（３７）と連通しており、かつ前記冷却媒体ポンプの出口が、冷却管（３３）に接続していることを特徴とする、冷却式のねじ型真空ポンプ。
2. 各ロータ（５）が、異なったロータねじ山プロフィール（１９，２０）を有する２つのロータ区分（１７，１８）から成っており、かつ吐出側のロータ区分（１８）のロータねじ山プロフィール（２０）の深さが、吸込み側のロータ区分（１７）のロータねじ山プロフィール（１９）の深さよりも小である、請求項１記載のねじ型真空ポンプ。
3. 各ロータ（５）は、該ロータ（５）の吐出側のロータ区分（１８）が吸込み側のロータ区分（１７）よりも小さい直径を有するように段階状に構成されている、請求項１または２記載のねじ型真空ポンプ。
4. 中空室（３１）がほぼロータ（５）全体を通って延在している、請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
5. ロータ（５）が２つのロータ区分（１７，１８）から成り、吐出側のロータ区分（１８）が中空に形成されており、かつ該ロータ区分（１８）の中空の内室が、吸込み側で閉鎖部として取付けられたロータ区分（１７）と相俟って、軸受寄りの開いた中空室（３１）を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
6. 軸（６）が中空に形成されており、かつ中空室（３１）の外側でロータ（５）もしくは吐出側のロータ区分（１８）と結合されている、請求項４または５記載のねじ型真空ポンプ。
7. 中空の軸（６）とロータ（５）もしくは吐出側のロータ区分（１８）とが一体に成形されている、請求項６記載のねじ型真空ポンプ。
8. 中空の軸（６）を貫通する定置の冷却管（３３）が中空室（３１）に開口している、請求項６または７記載のねじ型真空ポンプ。
9. 冷却管（３３）が、冷却媒体を中空室（３１）へ供給するために使用され、かつ中空の軸（６）と前記冷却管（３３）との間の環状室が、冷却媒体を導出するために使用される、請求項８記載のねじ型真空ポンプ。
10. 中空の軸（６）と冷却管（３３）との間の環状室の軸受側端部領域に狭窄部位（３９）が設けられている、請求項９記載のねじ型真空ポンプ。
11. 冷却管（３３）が、プラスチックまたは特殊鋼のような熱伝導不良の材料から成っている、請求項８から１０までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
12. ねじ型真空ポンプ（１）のケーシング（４）の周壁内に、しかもロータ（５）の高さレベルに、冷却媒体の通流する複数の冷却通路（４１）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
13. ケーシング（４）の軸受寄り領域にも、冷却媒体の通流する複数の冷却通路（４２）が設けられている、請求項１２記載のねじ型真空ポンプ。
14. 冷却媒体ポンプの出口が、ケーシング（４）内の冷却通路（４１）および／または冷却通路（４２）に接続している、請求項１２または１３記載のねじ型真空ポンプ。
15. 冷却媒体溜め（３７）の導管系（３８）が、冷却媒体ポンプ（３６）の入口を、ねじ型真空ポンプ（１）の水平配置の場合も鉛直配置の場合も前記冷却媒体溜め（３７）と連通させるように構成されている、請求項１４記載のねじ型真空ポンプ。
16. ねじ型真空ポンプ（１）を通流する冷却媒体が、軸受（７，８）用の潤滑剤に等しい、請求項１から１５までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
17. 吐出側のロータ区分（１８）と吸込み側のロータ区分（１７）との間の領域に、螺旋形のスクーピング作業室をねじ型真空ポンプ（１）の出口（２４）と接続させる１つのケーシング孔（２５）が設けられており、かつ該ケーシング孔内に、過圧時に開弁する逆止弁（２６）が配置されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。

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