JP5771144B2 - 真空ポンプ、特にはルーツ式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプ、特には回転ピストン式ポンプ又はルーツ式ポンプに関する。

真空ポンプは、吸込室に配置されたポンプ要素であって、回転ピストン式ポンプの場合には２つの回転ピストンの形態で設けられる前記ポンプ要素を備えている。回転ピストンの回転によって、汲み上げられるべき媒体が吸込室の吸込み側から圧力側に搬送される。回転ピストン式ポンプの搬送容量は、特には吸込み側と圧力側との最大圧力差によって制限されている。容積が大きいポンプ室を有する回転ピストン式ポンプでは、この最大圧力差が約50mbarであり、より小型の回転ピストン式ポンプでは約80mbarである。最大圧力差を超えれば、回転ピストン式ポンプ、特には駆動モータに過大な熱的応力が加えられる場合がある。このような過大な応力の発生を回避するために、回転ピストン式ポンプには、圧力側を吸込み側に接続する接続通路を備えて、搬送される媒体が圧力側から吸込み側に還流されるようにしているものもある。前記接続通路に、弁、所謂バイパスライン弁が配置されている。所定の圧力差に達した時点で、通常重量及び／又はばねで荷重をかけられている前記弁が開く。

回転ピストン式ポンプの接続通路に配置されたこのような弁は、例えば独国特許出願公開第2844019 号明細書から公知である。前記弁は、接続通路の通路口を閉じるための円盤状の弁体を有するディスク弁である。

独国特許出願公開第2844019 号明細書

例えば真空被覆処理のような現在の製造工程では、非常に短い工程時間を達成する必要がある。例えば、１分未満のサイクル時間を実現することが求められる。そのため、このような工程で用いられる真空ポンプ、特には回転ピストン式ポンプは、ほんの数秒以内でポンプの動作サイクル全体を行なうことが求められる。このため、バイパスライン弁が非常に速く又は急に開放される。ディスク弁、又はディスク弁に接続された構成要素に与えられる衝撃により、作動ノイズが増大する。更に、このような衝撃によりポンプハウジングが損傷する場合がある。このような損傷を回避して作動ノイズを低減するために、ディスク弁がばねで荷重をかけられているだけでなく油圧ダンパを更に備えた特殊な弁が開発されている。それにより、ディスク弁の迅速な移動又は急な移動が低減される。

油圧的な減衰又は機械的な減衰の有無に関わらずディスク弁には、大きな質量体を移動させなければならないという不利点がある。従って、ディスク弁の動作は緩慢になる。特に、容積が大きい回転ピストン式ポンプの弁では、十分な量の媒体を短時間で接続通路を介して還流させるために、対応して大きなディスク弁を設ける必要がある。更なる不利点は、ディスク弁に必要な空間が大きいということである。このために、ポンプハウジングのサイズが嵩高くなり、ひいてはコストが増大する。ばね及び重量で荷重をかけられたディスク弁の更なる不利点は、重力加速のために取付位置を考慮する必要があることである。回転ピストン式ポンプの搬送方向に対して45°の角度というディスク弁の特有の方向は、独国特許出願公開第2844019 号明細書から公知である。そのために、少なくとも２つの異なる取付位置に回転ピストン式ポンプを取り付けることが可能になり、前記取付位置では、ディスク弁が重力加速に対して45°の角度に常に配置される。

本発明は、より短い工程時間が現在の製造工程で達成され得る真空ポンプ、特には回転ピストンを備えたタイプのポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１又は１０に定義されている特徴によって達成される。

本発明の真空ポンプ、特には回転ピストンを備えたタイプのポンプは、圧力側と吸込み側との間の接続通路に配置された弁を備えている。該弁は、接続通路の通路口を閉じるばね荷重式弁体を有しており、圧力側と吸込み側との最大圧力差を超えるとき、弁は特には自動的に開放される。本発明によれば、前記弁体は、回転可能なバルブフラップとして形成されている。このため、特には、移動される必要がある質量体が相当低減され得るという利点がある。従って、より速い開放工程を実現するだけでなく、特には、弁の開放中のノイズの発生を相当低減することも可能になる。従って、弁を開放するときに引き起こされる場合があるポンプハウジングの損傷が回避される。ディスク弁の代わりにフラップ弁を設けることにより、本発明は、より短い工程時間を実現することを可能にする。本発明の更なる重要な利点は、バルブフラップを設けているために達成される構造的空間の明らかな低減により、円筒状ハウジングの内部にディスク弁を配置するための突出部を設ける必要性がなくなることにある。代わりに、ポンプハウジングの外形寸法が明らかに低減され得るように、フラップ弁を、例えばポンプハウジングの角領域に配置することが可能である。

更に、バルブフラップの幾何学的形状が、必要に応じて自由に選択され得る。接続通路に配置されて円形の弁プレートによって閉じられる円形の通路口の必要性が存在しない。代わりに、本発明の特に好ましい実施形態によれば、接続通路の通路口は、略矩形状及び／又は長手形状を有する。特に、通路口は、接続通路の略全幅に沿って延びることが可能である。好ましくは、接続通路は、ポンプ室のハウジングに沿って導かれており、ポンプハウジング及びポンプ室の略全幅に亘って延びている。回転ピストン式ポンプのポンプ容量に応じて、接続通路の最小断面は、負荷が発生したときに十分な量の搬送された媒体が接続通路を介して吸込み側に戻され得るように定められる必要がある。好ましくは矩形状のバルブフラップを設けることにより、最大圧力差を超えたときに接続通路の略全断面が開放され得る。ディスク弁が設けられている場合、これは不可能である。

フラップ弁の開放工程は、ディスク弁とは対照的にディスク弁全体の変位ではなく回転軸周りのバルブフラップの回転を含んでいるので、移動される必要がある質量体は相当小さくなる。特殊な適用例で個別の油圧又は空気圧の減衰が提供され得るとしても、このような減衰は必要ではない。更に、当接した衝撃が回避されるように、弁体は、開放されたときに流れ方向と平行な方向に向くと想定されている。

フラップ弁内の移動される構成要素の質量体が小さく、本発明の特に好ましい実施形態によって提供されているようにバルブフラップの重心が回転軸の領域に位置するように分配されているので、フラップ弁の応答挙動は、回転ピストン式ポンプの取付位置とは無関係である。システムの設計に関して、回転ピストン式ポンプの取付位置が、独国特許出願公開第2844019 号明細書に述べられているように２つの位置だけに制限されないので、これは重要な利点である。代わりに、本発明は、ポンプ内の弁の位置及び方向が自由に選択可能であるという特有の利点を提供する。このために、構造的空間が低減され得る。

バルブフラップの回転軸は、好ましくはポンプ室から離れた側に配置されている。好ましくは、バルブフラップの回転軸は、回転ピストン式ポンプでは回転ピストンとして形成されたポンプ要素の回転軸と平行に延びている。従って、回転軸はポンプハウジングの全幅に亘って延びていることが可能になる。特にポンプ室から離れた接続通路側に回転軸を配置することにより、回転軸は、ポンプハウジングの角又は縁部領域に配置され得る。このようにして、フラップ弁に必要な構造的空間が相当低減されることが可能であり、従って、対応するディスク弁が設けられている場合よりポンプハウジングの外形寸法が明らかに小さくなり得る。

回転軸は、必ずしも物理的なシャフト又は軸である必要がない。代わりに、回転軸は仮想軸であってもよい。例えば、回転軸は、リビングヒンジ等の形態で実現され得る。更に、バルブフラップが開放されているときにバルブフラップが回転軸の領域で弾性的に変形されるか又は撓むように、少なくとも回転軸の領域でバルブフラップを弾性材料から作製することが可能である。

更に、弁体は２つの部分から設計されることが可能であり、２つの部分は、好ましくはスイングドアのように構成されてあり、好ましくは夫々１つの回転軸を有しており、該回転軸は互いに対向して配置されている。

更に、完全に開放されたバルブフラップが接続通路内に配置されて流れ方向を向くように、前記１つ又は２つの回転軸が流路内に配置され得る。それにより、所与の場合に応じて、構造的空間は更に低減され得る。

更に、フラップ弁はより小さな流れ抵抗を有しており、そのため、より小さな断面、ひいてはより小さな構造的空間を達成することが可能になる。

本発明によれば、バルブフラップはばねで荷重をかけられている。従って、バルブフラップに接続されたばねは、バルブフラップ自体、又はバルブフラップに接続された回転アームに間接的又は直接的に接続されている。好ましくは、用いられるばねは、特にはバルブフラップの回転軸を囲むねじりばねである。それにより、フラップ弁に必要な構造的空間は更に低減され得る。

ポンプ、特にはポンプハウジングの構造上の設計に応じて、バルブフラップを回転アームに接続するという利点がある。前記回転アームは、回転軸に接続されている。このような実施形態では、ねじりばねが設けられ得る。しかしながら、ポンプハウジングの設計に応じて、回転アームに接続された引張ばね又は圧力ばねを適切に設けることも可能である。

好ましくは、その特性線がバルブフラップの角度全体に対して略一定であるばねが用いられている。更に、ばね力を設定することが可能な設定要素が設けられ得る。ばね力を設定することにより、弁が開くときの圧力差を設定することが可能になる。また、ばね力の調整、更には微調整が行われ得る。設定要素を設けることにより、ばねの特性の変化が補償され得る。設定要素は、例えば、ねじりばねの一端部に接続されてねじりばねをねじるべく機能する回転可能な設定ノブであり得る。このような設定要素は、例えば係止要素を有しており、ねじりばねの中心軸周りを回転可能である。引張ばね又は圧力ばねが用いられる場合、引張ばね又は圧力ばねの一端部を取付けて支持する位置を変更することが可能であるため、ばね力は設定可能である。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、弁体は、円形ではなく、ポンプハウジングに平行に延びている幅が弁体の高さより大きい。特には、弁体は、長円形、楕円形、又は特には矩形の断面を有することが好ましい。従って、特には、弁体はポンプ要素の回転軸と平行に延びていることが可能である。従って、構造的空間が小さくても、大きな流れ断面が実現され得る。複数のディスク弁が互いに隣接している配置と比較すると、個別のディスク弁、別個の軸受等の機械的な接続が必要ではないので、これは利点である。従って、本発明の特に好ましい実施形態に応じて設けられた弁体は、ポンプハウジングと平行な長手方向に延びている。弁体は、ポンプ要素の回転軸と平行にポンプハウジングの略全幅に沿って延びていることが好ましい。

特には回転ピストン式ポンプである真空ポンプに設けられている弁の、それ自体で発明とみなされるべき代替の実施形態によれば、弁体の回転移動ではなく弁体の変位移動が行なわれる。本発明によれば、弁体の断面は円形ではない。代わりに、弁体は、特には矩形、長円形又は楕円形の形状を有する。本発明によれば、弁体は、ポンプハウジングと平行に延びている状態で高さより大きい幅を有している。特には、弁体の幅は接続通路の幅方向に延びている。このような弁体は、必ずしも上記に述べたバルブフラップの利点を全て有していなくとも、ディスク弁と比較すると、明らかに改良された弁になる。弁体が円形ではないので、特に好ましい実施形態によれば、接続通路の略全幅に亘って延びて相当に大きな通路口が実現され得る。従って、弁が開放されるとき、弁は、接続通路の略全断面を開通する。実現され得るより大きな通路口のために、弁が未だ完全に開放されていない状態で、ディスク弁の場合より明らかに大きな質量流が通路口を通って流れる。このような弁体、特には矩形状の弁体では、通路口が接続通路の略全幅に亘って延びることが可能であるので、ポンプハウジングを大型化することなく相当に大きな通路口を実現することが可能である。従って、本実施形態でも、ディスク弁と比較すると、ノイズの発生が著しく低減され得る。

最大圧力差を超えるまで弁を閉じたままにするために、弁体はばねで荷重をかけられてあり、特に好ましい実施形態によれば、引張ばねが設けられている。このため、ばねのよじれが回避されるという利点がある。バルブフラップに生じる流れ抵抗を可能な限り低く維持するために、前記ばねは、バルブフラップの側縁領域に配置されていることが好ましい。

バルブフラップ又はポンプハウジングは、バルブフラップが開放されているときにバルブフラップの所定の移動を保護するための複数の案内要素を備えていることが好ましい。弁体の移動が開放工程中に完全に直進運動のみになるように、前記案内要素は、互いに平行に弁体の移動方向に配置されていることが好ましい。

更に、例えば案内トラックのような湾曲状の案内要素を設けることが可能である。それにより、バルブフラップが回転移動と同様な方法で開放されている間に、バルブフラップは案内トラックに沿って移動可能である。本実施形態では、バルブフラップを接続通路の縁部領域に簡易な方法で移動させることが可能であり、従って、流れ抵抗を十分低減することが可能である。更に、案内要素が対応して構成されている場合には、バルブフラップは、例えば部分的にしか開放されないとき、接続通路を通って流れる媒体のための案内板として機能することが可能である。

通路口を通って流れる媒体が受ける影響を可能な限り小さくし、従って案内要素が小さな流れ抵抗しかもたらさないように、例えば案内ピン又は案内トラックのような前記案内要素は、バルブフラップの縁部領域、特には側縁領域に配置されていることが好ましい。

更に、上述された実施形態の全てで、複数の弁が、ポンプハウジングの幅に亘って配置され得る。このため、所与の弁が複数のタイプのポンプで用いられることが可能であり、弁の数が小型のポンプより大型のポンプで多くなるという利点がある。

上述された発明は、特には回転ピストン式ポンプで利点を有する。対応する弁を設けることにより、所定の最大圧力を超えるとき、出口側から吸込み側に搬送される流体が還流され得るように、吸込み側と圧力側との最大圧力差が制限され得る。ポンプ室の容積が大きい回転ピストン式ポンプでは、最大圧力差が約50mbarであり、より小型の回転ピストン式ポンプでは、最大圧力差が約80mbarである。この対応して定められた限界圧力から、弁は開放される。このような回転ピストン式ポンプによって、250 乃至1300 m³/hの吸込容量が、好ましくはポンプの一段構成の場合にも達成され得る。

本発明を、添付図面を参照して好ましい実施形態により以下に更に詳細に説明する。

回転ピストン式ポンプを示す断面略図である。 回転ピストン式ポンプの接続通路に配置されたフラップ弁を示す拡大図である。 ねじりばねを備えたフラップ弁の更なる実施形態を側面及び平面から示す概略図である。 引張ばねを備えたフラップ弁の更なる実施形態を側面から示す概略図である。 弁の更なる好ましい実施形態を示す側断面略図である。 図５に示された実施形態を線VI-VI に沿って示す側断面略図である。

本発明の回転ピストン式ポンプは、ポンプ室10に配置された２つの回転ピストン12を備えている。該回転ピストン12は、図面の紙面に垂直に延びる回転軸14周りを回転すべく配置されている。回転ピストン12は、ポンプハウジング16内に配置されている。回転ピストン12の作用によって、媒体は、矢印18によって示された方向に吸込み側20から圧力側30に搬送される。

特に過熱を回避するために、接続通路22がポンプハウジング16内に設けられてあり、前記接続通路22はポンプ室10の横方向に延びている。接続通路22は、好ましくは、図面の紙面に垂直にポンプハウジング16の全幅に沿って延びている。従って、接続通路22は好ましくは矩形状の断面を有する。

接続通路22内には、弁24が配置されている。圧力側30と吸込み側20との最大圧力差を超えると、ばね荷重式弁24は自動的に開き、搬送された流体の一部を矢印26によって示された方向に圧力側30から吸込み側20に還流させる。

本発明によればフラップ弁として形成されている前記弁24は、接続通路22の矩形状の通路口32を閉じるバルブフラップ28（図２）を有している。前記通路口32は、好ましくは接続通路22の全幅に亘って、従ってポンプハウジング16の略全体に亘って延びている。バルブフラップ28は、矢印36によって示された方向に回転軸34の周りを回転可能である。前記回転軸34を囲むねじりばね40により、保持及び閉鎖力がバルブフラップ28に加えられる。前記閉鎖力により、ポンプ室10の圧力側30と吸込み側20（図１）との間で所定の圧力差に達するときのみ弁14が開く。

示された実施形態では、前記回転軸34は、バルブフラップ28を開くためにバルブフラップ28がポンプハウジング16の角に向かって回転するように、ポンプ室10から離れた側に配置されている。そのため、フラップ弁に必要な構造的空間が小さいので、ポンプハウジング16は比較的小さな外形寸法を有することが可能である。

図３の概略図から、バルブフラップ28は、同様に矩形状の通路口32（図２）を閉じるために矩形状の基本形状を有することが明らかである。バルブフラップ28は、回転アーム42を介して前記回転軸34に接続されることが可能であり、前記回転アーム42は剛性の回転軸34に支持されているか、又は、回転アーム42が回転軸34に固定して接続されている場合には回転軸34が適切な方法で支持されている。図３に示されているような本発明に係るフラップ弁の基本的な実施形態では、２つの回転アーム42が夫々、回転軸34を囲み更に回転軸34に固定して接続されているねじりばね40に接続されている。

フラップ弁の更なる実施形態（図４）では、引張ばね44が前記ねじりばねの代わりに設けられている。前記引張ばね44は、ポンプハウジング16と回転アーム46とに固定して接続されている。図４に示された実施形態では、前記回転アーム46は、回転軸34に対してバルブフラップ28の反対側に配置されている。バルブフラップ28は、接続要素48を介して回転軸34に接続されている。更に図４に示された実施形態では、バルブフラップ28は、略矩形状であり、図３に示された実施形態に相当する。

図５及び６に示された実施形態では、同様又は同一の構成要素が、同一の参照番号で示されている。

図１乃至４を参照して説明された実施形態と比較して、本実施形態の重要な相違点は、弁24が、最大圧力差を超えるとき、回転しないが矢印52によって示された方向に変位する弁体50を有していることにある。このために、前記弁体50は、夫々の引張ばね54に接続された両方の側縁領域に設けられてあり、示された実施形態では、前記引張ばね54は、弁体50の内側58でポンプハウジング16の突出部56に取り付けられている。弁体50は、幅b が高さh より大きい矩形状の断面を有している。好ましくは、弁体50は、接続通路22の略全幅に亘って延びている。

弁体50が開放されているときに、すなわち矢印52によって示された方向への弁体50の移動中に安全な誘導を保証するために、示された実施形態では、案内ピンとして形成された４つの案内要素58が設けられている。

回転移動と同様に弁体50の移動を可能にするために、前記案内ピン58を設ける代わりに、湾曲状の、特には円弧状の案内トラックを、特には弁体50の側縁領域に設けることが可能である。それにより、例えば、ポンプハウジング16の内側60に向かう方向に環状のトラック等に沿った弁体50の移動が実現され得る。

Claims (16)

1. ポンプ室(10)に配置されたポンプ要素(12)と、
   前記ポンプ室(10)の圧力側(30)を吸込み側(20)に接続する接続通路(22)と、
   該接続通路(22)に配置されて、通路口(32)を閉じるばね荷重式弁体(28)を有しており、前記圧力側(30)と前記吸込み側(20)との最大圧力差を超えたときに開くべく機能する弁(24)と
   を備えた真空ポンプにおいて、
   前記弁体(28)は、回転可能なバルブフラップ(28)として形成されており、
   前記バルブフラップ(28)の重心が、前記バルブフラップ(28)の回転軸(34)と一致していることを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記ポンプ要素の回転軸(14)に平行に延びている前記弁体(50)の幅(b) は、前記弁体(50)の高さ(h) より大きく、
   前記弁体（50）は矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記バルブフラップ(28)の回転軸(34)が、前記ポンプ室(10)から離れている前記接続通路(22)の側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記バルブフラップ(28)の回転軸(34)は、回転体(12)として形成された前記ポンプ要素の回転軸(14)に平行に延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。
5. 前記バルブフラップ(28)、又は該バルブフラップ(28)に接続された回転アーム(42,46) が、ばね(40,44) に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空ポンプ。
6. 前記ばねはねじりばね(40)として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
7. 前記ばねは、前記回転アーム(46)に接続された引張ばね又は圧力ばね(44)として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
8. 前記ばねはねじりばねであり、
   該ねじりばねは、ねじるべく機能する回転可能な設定ノブが一端部に接続されており、
   該設定ノブによって、バネ力を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の真空ポンプ。
9. 前記ばねは引張ばね又は圧力ばねであり、
   該引張ばね又は圧力ばねは、一端部を取付けて支持する位置を変更することによって、バネ力を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の真空ポンプ。
10. 前記通路口(32)は、前記接続通路(22)の全幅に亘って延びていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の真空ポンプ。
11. ポンプ室(10)に配置されたポンプ要素(12)と、
    前記ポンプ室(10)の圧力側(30)を吸込み側(20)に接続する接続通路(22)と、
    該接続通路(22)に配置されて、通路口(32)を閉じるばね荷重式弁体(50)を有しており、前記圧力側(30)と前記吸込み側(20)との最大圧力差を超えたときに開くべく機能する弁(24)と
    を備えた真空ポンプにおいて、
    前記ポンプ要素の回転軸(14)に平行に延びている前記弁体(50)の幅(b) は、前記弁体(50)の高さ(h) より大きく、
    案内ピン又は案内トラックの形態の案内要素を更に備えており、該案内要素は、前記弁体(50)又はポンプハウジング(16)に接続され、
    引張ばねの形態を有する少なくとも２つのばね要素(54)が設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
12. 前記通路口(32)は、略矩形状であることを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ。
13. 前記通路口(32)は、前記接続通路(22)の略全幅に亘って延びていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の真空ポンプ。
14. 前記ばね要素(54)は、前記弁体(50)の側縁領域に配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３に記載の真空ポンプ。
15. 前記案内要素は、前記弁体(50)の側縁領域に配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の真空ポンプ。
16. 複数の前記弁(24)は、前記接続通路(22)の幅に亘って配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の真空ポンプ。

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