JP4800542B2 - 冷却式のスクリュ型真空ポンプ - Google Patents

Description

【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１９８２０５２３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；１３，１４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４５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４５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（Kuehlmittelkreislauf）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７７ａを備えており、このスリーブ７７ａ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７７ａ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４９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。

Claims (14)

1. スクリュ型真空ポンプであって、ケーシングと２つのロータ（３，４）とが設けられていて、該ロータ（３，４）が吸込み側（５）と圧力側（６）とを有していて、それぞれ圧力側に配置されかつ支承された軸（７，８）と結合されている形式のものにおいて、
   ケーシングが、内部にロータ（３，４）が配置されている圧縮室ケーシング（２）と、内部に軸（７，８）に取り付けられた同期歯車（１８，１９）、駆動歯車（２１，２２）及びオイル溜（２０）が配置されている伝動装置室ケーシング（１７）と、オイル溜（２０）の下に配置されていてオイルを収容する室（２６）を備えたパン（２７）とを有しており、
   ロータ（３，４）がそれぞれ２つの軸受によって片持ち式に支承されていて、それぞれ第１の軸受（１１，１３）が、圧縮室ケーシング（２）を伝動装置室から切り離す軸受プレート（１５）に配置され、第２の軸受（１２，１４）が、伝動装置室ケーシング（１７）の底部に設けられた孔（２４，２５）内に配置されており、
   各ロータ（３，４）が、圧力側から軸（７，８）を進入させることができる中空室（３１）を有しており、
   それぞれ所属の軸（７，８）が、少なくとも１区分で、中空室（３１）内に進入していて、圧力側に向かって開放した孔（４１）を有しており、
   軸（７，８）に設けられた孔（４１）内に、該軸（７，８）の孔（４１）内を流れる冷却媒体の流れに対して影響を与えることができるガイド部材（４４）が設けられており、
   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おり、
   軸（７，８）の、ロータ（３，４）とは反対側の端部が、オイルパン（２７）内に進入していて、該オイルパン（２７）から冷却媒体の供給が行われるようになっており、
   ロータ（３，４）の中空室（３１）内に別の中空室（３２）が設けられており、該別の中空室（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）として形成されていて、軸（７，８）もしくはガイド部材（４４）とロータ中空室（３１）の各内壁との間において延びており、
   軸方向及び半径方向の管路区分がガイド部材（４４）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、配置されており、
   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）と接続されており、
   冷却媒体を排出するために働く管路が、伝動装置室（１６）に開口していることを特徴とする、冷却式のスクリュ型真空ポンプ。
2. 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１記載のスクリュ型真空ポンプ。
3. 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２記載のスクリュ型真空ポンプ。
4. 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（６４，６５，４３）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。
5. 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４記載のスクリュ型真空ポンプ。
6. 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５までのいずれか１項記載のスクリュ型真空ポンプ。
7. 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６までのいずれか１項記載のスクリュ型真空ポンプ。
8. 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１記載のスクリュ型真空ポンプ。
9. リング間隙区分（３２）が、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１記載のスクリュ型真空ポンプ。
10. 軸（７，８）がスリーブ（７７ａ）を備えていて、該スリーブ（７７ａ）の外側面がリング間隙（３２）を制限している、請求項１記載のスクリュ型真空ポンプ。
11. 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１０までのいずれか１項記載のスクリュ型真空ポンプ。
12. 軸（７，８）がロータ（４）の圧力側の区分（４′′）内にまで延びており、ガイド部材（４４）が拡大された直径を有する区分（８４）で、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′）を制限しており、ガイド部材（４４）の拡大された直径を有する区分（８４）が、吸込み側においてロータ区分（４′）と結合されている、請求項１１記載のスクリュ型真空ポンプ。
13. 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１２までのいずれか１項記載のスクリュ型真空ポンプ。
14. 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１３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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