JPH10507814A - 鉛直に配置される軸のためのシール機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はケーシング壁（１）を通る貫通孔（２）内に配置された、ほぼ鉛直な軸（３）のためのシール機構であって、アクティブなシールエレメント（１３）を備えており、このシールエレメントが、軸（３）と一緒に回転する構成部分（７）と、ケーシングに固定された構成部分（８）との間に位置しており、その場合、ケーシング壁（１）が、オイルを含まない上方の室を、オイルを含む下方の室から分離している形式のものに関し、この種のシール機構において、回転する機構内に発生する熱を排出することができるように、シール機構（４）にオイルが通流されており、かつ、軸（３）と一緒に回転する構成部分（７）と、ケーシングに固定された別の構成部分（９）とが、オイルを通流せしめる隙間（１１）を形成していることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 鉛直に配置される軸のためのシール機構 本発明は、ケーシング壁を通る貫通孔内に配置された、ほぼ鉛直な軸のための シール機構であって、アクティブなシールエレメントを備えており、このシール エレメントが、軸と一緒に回転する構成部分と、ケーシングに固定された構成部 分との間に位置しており、その場合、ケーシング壁が、オイルを含まない上方の 室を、オイルを含む下方の室から分離している形式のものに関する。 この種のシール機構は例えばドイツ連邦共和国特許第４２３３１４２号明細書 に記載されているように真空ポンプで使用される。この種の真空ポンプでは、回 転する機構内で発生した熱の排出が問題となる。この熱は一面ではロータがその 吸込室（Schoepfraum）内で圧縮仕事を行うことにもとづき、かつ他面では使用 されている接触式パッキン（ラジアル軸パッキン）の摩擦熱にもとづいて生じる 。 本発明の課題とするところは、熱の排出が改善されるように冒頭に記載した形 式のシール機構を改良することにある。 本発明によればこの課題は、シール機構にオイルが通流され、かつ、軸と一緒 に回転する構成部分と、ケ ーシングに固定された別の構成部分とが、オイルを通流せしめる隙間を形成して いることにより解決される。この隙間内を通流するオイルは、一面では軸と一緒 に回転する構成部分から熱を奪い、他面において回転する構成部分と、ケーシン グに固定された構成部分との間に熱接触を生ぜしめ、その結果、ケーシングに固 定された構成部分を介しても、ひいてはケーシングを介して熱が排出される。 効果的には、回転する構成部分とケーシングに固定された別の構成部分とが、 それらの互いに対向して位置する領域内では、オイルを通流する隙間を延長する 目的でラビリンスシール状に形成されている。このことにより、冷却効果が増強 される。その上、この種の長い隙間は絞り効果を有している。この絞り効果は過 圧を維持し、ひいてはオイル流入箇所において気泡を発生せしめることなしに常 に溢流を維持する。 アクティブなシールエレメントは接触式パッキン（軸パッキン、カラー状パッ キン又は類似物）又はねじ山‐軸パッキンから成ることができる。特に効果的に は、１次の接触式パッキンと、補助パッキンとしての２次のねじ山‐軸パッキン との組合せから成ることもできる。 本発明のさらに別の利点及び詳細が第１図から第３図までに示された実施例に もとづき説明される。ここに、 第１図及び第１ａ図はねじ山‐軸パッキンを備えたシール機構を、 第２図はねじ山‐軸パッキンとラジアル‐軸パッキンとを備えたシール機構を 、かつ、 第３図はねじ山‐軸パッキンとカラー状パッキンとを備えたシール機構を示す 。 すべての図面において、ケーシング壁は符号１で示され、このケーシング壁１ に設けられた貫通孔は符号２で示され、この貫通孔２を貫通する鉛直な軸は符号 ３で示され、かつ軸３を貫通孔２に対してシールするシール機構全体は符号４で 示されている。ケーシング壁１は例えば真空ポンプにおいて、オイルを含まない 上方の室（低圧、真空の吸込室）を、オイルを含む下方の室（伝動装置室、その 内部では大気圧を上回る圧力が発生することがある）から分離している。図示の 実施例では、軸３が貫通孔２内に支承されている。シール機構４の下方に配置さ れた軸受は符号５で示されている。 シール機構４は、軸と一緒に回転する構成部分７を備えている。さらに、ケー シングに固定された２つの構成部分８及び９が設けられている。第１の構成部分 ８（シール構成部分８）は、回転する構成部分７を囲んでいる。ケーシングに固 定された第２の構成部分９は、回転する構成部分７と共に、オイルを通流せしめ る隙間１１を形成している。わずかな低圧下にあるオ イル、有利にはＰＦＰＥ‐オイルの供給はケーシング壁１に設けた孔１２を介し て行われる。次いでこのオイルは、以下にさらに詳しく説明するように、隙間１ １を通流して、軸受５を通り、軸受５の下方に位置する、オイルを含む室内へ達 する。 第１図にもとづく実施例では、回転する構成部分７とケーシングに固定された 構成部分８とがねじ山‐軸パッキン１３を形成している。回転する構成部分７に 配置されたねじ山は、軸の回転時に下からねじ山‐軸パッキン１３に達するオイ ルが再び下方へ搬送されるように形成されている（戻し搬送ねじ山）。オイルは 圧力差が生じると戻し搬送ねじ山内で、シールされるべき圧力差とねじ山の搬送 圧とがバランスされるまで上昇する。可変の充填高さは、戻し搬送ねじ山のジオ メトリ的に利用可能な長さに比して小さく維持されなければならない。 ケーシングに固定された第２の構成部分９（隙間形成構成部分９）は、構成部 分８の下方で延びているフランジ状の縁１４と、回転する構成部分７の高さのと ころへ上向きに延びている円筒状の部分１５とを備えている。この部分１５は、 回転する構成部分７に下向きに開いて設けられた環状溝１６内へ無接触で、それ も隙間１１が生じるように延びている。 第１図にもとづくシール機構４を備えた機械の運転中に、オイルが孔１２から 半径方向のスリット１８を 通って環状室１９内へ流入する。この環状室内には上から戻し搬送ねじ山隙間１ ３と隙間１１とが開口している。ねし山隙間１３内に達したオイルは、所望のシ ール性を保証するために常に戻し搬送される。それゆえ、オイルは隙間１１を通 ってのみ、要するに回転する構成部分７と円筒状部分１５との間で、まず最初に 環状室９から上方へ、次いで再び下方へ流出する。その途上においてオイルは、 熱自体を排出するか又はケーシングに固定された構成部分へ熱を伝達するために 、回転する構成部分から熱を奪うという課題を達成する。効果的には隙間の幅は １ｍｍよりも小さく、有利には０．３ｍｍである。 真空ポンプにおいて第１図にもとづく解決手段を使用する場合のために、次の 事項が考慮されなければならない。すなわち、ポンプが暖機状態（例えば８０℃ の温度と、熱膨張にもとづき発生するほぼ１．３バールの伝動装置室圧）で停止 されると、瞬間的にねじ山‐軸パッキン１３の戻し搬送圧が消失する。そのこと の結果、依然として存在する伝動装置室圧がねじ山隙間内に含まれているオイル を上向きにポンプの吐出室内へ押し込む。この問題を解決するために、戻し搬送 ねじ山１３の上方に、拡張された環状室２１（第１ａ図に示されている）を設け ることが提案されており、この環状室内には、ここに記載の場合にはオイルが実 際にポンプ室内に達することなしに捕集される。ポン プの再始動時には、比較的長い停止状態で伝導装置室の冷却に関連してオイルが それ自体引込んでいない限りにおいて、戻し搬送ねじ山が、拡張された環状室２ １内に存在するオイルを直ちに連れ戻す。 第２図の実施例では、ねじ山‐軸パッキン１３に対して付加的に接触式パッキ ン、それもラジアルシールリング２２（ＲＷＤＲ２２）が設けられている。この ＲＷＤＲ２２は環状室１９内に、それもねじ山‐軸パッキン１３の下方に設けら れている。その配置は、シールリップ２３が、回転する構成部分７と一緒に１つ の‐内側に位置する‐シール箇所を形成するように選択されている。シールリン グ２２の開いた側はオイルを含む室に面している。オイルを通流せしめる隙間１ １からシール箇所までの間隔は可能な限り小さく選択されており、これによって シール箇所の有効な冷却が達成される。この実施例では、まず最初にＲＷＤＲ２ ２が従来通りオイルをシールする。ＲＷＤＲ２２の最良の耐用寿命を得るために 、有利には０．１５Ｎ／ｍｍより小さなわずかな比半径方向力が考慮されなけれ ばならない。この目的のために、ＲＷＤＲ２２はばねなしに組込まれる。ＲＷＤ Ｒ２２は従来の配置と異なり、回転する構成部分の薄肉の環状の突出部上で走行 する。このことにより、接触するシール箇所は特別強力に内側と外側とから冷却 される。一面ではわずかな半径方向力により、かつ他面ではシール箇所の冷却に より、ＲＷＤＲの従来の配置に対比して、ＲＷＤＲ２２の耐用寿命の著しい増大 が予期される。 環状室１９の収容能力を越えてＲＷＤＲ２２の上方へ流出する漏れがＲＷＤＲ ２２に生じると直ちに、戻し搬送ねじ山１３が機能する。さらに漏れが増加して オイルがさらに高く戻し搬送ねじ山１３内で上昇すればするほど、ＲＷＤＲ２２ の上側でねじ山により生ぜしめられた液体圧力がますます上昇する。これにより ＲＷＤＲ２２はますます負荷軽減されて、最終的にはほぼ摩擦なく走行する。そ れにもかかわらず、ポンプの停止時、要するにねじ山の圧力が消失した際には、 ＲＷＤＲ２２が隙間を再び完全にシールし、その結果、伝動装置室内の過圧はオ イルを上方へ押し上げることができない。要するに第１図に基づく解決手段のた めに記載したようなオイル捕集室２１を省くことができる。再始動時には直ちに ねじ山がオイルを下方へ搬送する。その際、ＲＷＤＲ２２は上方から潤滑され、 かつ同時に負荷軽減される。停止中に冷却したポンプにおいて伝動装置室内の圧 力が比較的低い場合には、上方から圧力を印加されるＲＷＤＲ２２はオイルを下 向きに通過せしめ、これにより、戻し搬送ねじ山は場合により部分的に又は完全 にオイルを空にするまで排出することができる。始動時にはさらにＲＷＤＲ２２ は、シール隙間壁に付着したオイルが上向きにポンプの吐出室内へ吸込まれるこ とを阻止する。 第３図に示す実施例では、１次の接触式パッキンとしてＰＴＦＥカラー状パッ キン２４（ＰＴＦＥ‐Ｍａｎｓｃｈｅｔｔｅ）が設けられている。第２図にもと づくＲＷＤＲ２２に対比してこの１次パッキンが有する利点とするところは、Ｐ ＴＦＥ‐軸パッキンの圧力負荷能力及び耐熱性が比較的高いことにある。その他 の点では、この解決手段の配置及び機能は第２図の解決手段に相応している。 既に記載したように、シール機構４は回転する１つの構成部分７と、ケーシン グに固定された２つの構成部分８及び９を備えている。これらの構成部分はそれ ぞれ複数の部分からなることもでき、又は軸３又はケーシング壁１の（一体の） 構成部分であることもできる。しかし、後者の場合にはその製作が困難である。 このことは特に回転する構成部分７についてあてはまる。第３図にもとづく実施 例では、回転する構成部分は、それが一体に形成される場合には環状溝１６の形 成が極めて困難であるため、ほぼ円筒状の２つの部分７１，７２から構成されて おり、これらの部分は焼きばめ又は硬ろう付けにより互いに結合されており、か つそれらの間に環状溝１６を形成している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーシング壁（１）を通る貫通孔（２）内に配置された、ほぼ鉛直な軸（ ３）のためのシール機構であって、アクティブなシールエレメント（１３，２３ ，２４）を備えており、このシールエレメントが、軸（３）と一緒に回転する構 成部分（７）と、ケーシングに固定された構成部分（８）との間に位置しており 、その場合、ケーシング壁（１）が、オイルを含まない上方の室を、オイルを含 む下方の室から分離している形式のものにおいて、シール機構（４）にオイルが 通流されており、かつ、軸（３）と一緒に回転する構成部分（７）と、ケーシン グに固定された別の構成部分（９）とが、オイルを通流せしめる隙間（１１）を 形成していることを特徴とする鉛直に配置された軸のためのシール機構。 ２．回転する構成部分（７）とケーシングに固定された別の構成部分（９）と の互いに向かい合った領域が、オイルを通流せしめる隙間（１１）の延長のため にラビリンス状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のシール機構。 ３．ケーシングに固定された別の構成部分（９）が、ケーシングに固定された 構成部分（８）の下方で延びているフランジ状の縁（１４）と、回転する構成部 分（７）の高さのところへ上方に延びている円筒状の 部分（１５）とを備えており、かつ、この部分（１５）が、隙間（１１）の形成 のために、回転する構成部分（７）に設けた下向きに開いた環状溝（１６）内へ 延びていることを特徴とする請求項１又は２記載のシール機構。 ４．隙間（１１）の手前に環状室（１９）が設けられており、かつ、隙間の長 さ及び幅が、この隙間（１１）を通流するオイルが環状室（１９）内に蓄積され るような寸法を有していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項 記載のシール機構。 ５．アクティブなシールエレメントがねじ山‐軸パッキン（１３）から成るこ とを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載のシール機構。 ６．ねじ山‐軸パッキン（１３）が上向きに、拡張された環状室（２１）内に 開口していることを特徴とする請求項５記載のシール機構。 ７．アクティブなシールエレメントが接触式パッキン（軸パッキン、カラー状 パッキン又は類似物）から成ることを特徴とする請求項１から４までのいずれか １項記載のシール機構。 ８．１次の接触式パッキン及び２次のねじ山‐軸パッキン（１３）が設けられ ていることを特徴とする請求項５及び７記載のシール機構。 ９．接触式パッキンが環状室（１９）の内部に位置しており、かつ、シール箇 所が隙間（１１）の入口を ねじ山‐軸パッキン（１３）の入口から分離していることを特徴とする請求項４ 及び８記載のシール機構。 １０．接触式パッキンを形成しているシールリング（２３，２４，２５）がわ ずかな比半径方向力を有していることを特徴とする請求項８又は９記載のシール 機構。 １１．ばねを備えないラジアル‐軸パッキン（２３）が設けられていることを 特徴とする請求項１０記載のシール機構。 １２．カラー状パッキン（２４）が設けられていることを特徴とする請求項１ ０記載のシール機構。 １３．回転する構成部分（７）が、ほぼ円筒状の２つの構成部分から成ってお り、それらの間に環状溝（１６）が位置していることを特徴とする請求項１から １２までのいずれか１項記載のシール機構。