Vacuum pump with a gas ballast device

【発明の詳細な説明】 気体バラスト装置を有する真空ポンプ 本発明は、気体バラストをポンプの吸込み室内へ供給可能な遮断可能の導管を有する真空ポンプに関するものである。 内部圧縮式の真空ポンプの場合、吸込まれた蒸気が吸込み室内で凝縮する危険がある。 吸込まれた蒸気が、その飽和蒸気圧に達しない程度に圧縮される限り、 凝縮は生じない。 例えば水蒸気が飽和蒸気圧以上に圧縮されると、ポンプ内で蒸気が凝縮し、ポンプ油と混合し乳化状態となる。 それによって、ポンプ油の潤滑特性が、極めて急速に低下し、ロータのスムーズな動きが阻害される危険がある。 気体、有利には空気−気体バラスト−をポンプの吸込み室へ導入することによって、吸込まれた蒸気は、事実上希釈され、それにより飽和蒸気圧が高まる結果、有害な凝縮は発生しない。 気体バラスト装置に手動操作可能な弁を備え、不用な場合には、気体バラストの供給を遮断するようにすることは、公知である。 ドイツ連邦共和国特許第７０２４８０号明細書により、気体バラスト装置を備えた真空ポンプが、広く知られている。 前記特許明細書の第１図に示された回転翼形油回転真空ポンプには、供給される気体量が吸込み圧に依存する気体バラスト装置が備えられている。 吸込み圧が高い場合には、 開弁し、吸込み圧が低減すれば、気体バラスト供給量も低減される。 この種の真空ポンプの故障時―例えば駆動装置の故障による―には、多少の差はあれ急速に気体バラスト供給を介して排気鐘に空気混入が生じる。 排気鐘への空気混入を、真空ポンプの作動に応じて制御される吸込み接続管弁を用いて防止することは、公知である。 しかしこれらの解決策は高価であり、安価な構成の真空ポンプには問題にならない。 排気鐘への空気混入を防止する別の措置は、ポンプ故障時に、ポンプ吸込み室を気密にシールするというものである。 この解決策は、ドイツ連邦共和国特許第４２０８１９４号明細書により公知である。 この解決策の場合、ポンプ故障時には、吸込み室への油の供給が阻止され、それによって、油蒸気による排気鐘の汚染が防止される。 しかし、この解決策が有効となる前提は、気体バラスト装置を、装備しないでおくか、もしくは、すでにポンプの故障前に手動で閉止することである。 公知の、いわゆる気密真空ポンプでは、これまで気体バラスト供給時には、真空の確保はできなかった。 本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べたような真空ポンプにおいて、ポンプの故障時にも、気体バラスト供給による排気鐘の給気の危険が生じないようにすることにある。 この課題は、本発明によれば、請求の範囲の各項に記載の特徴を有する手段によって解決された。 真空ポンプ故障時には、真空ポンプの作動に応じて動作する気体バラスト供給制御弁が閉じられるため、気体バラストの供給を介して排気鐘への空気混入が生じることはない。 同じく真空ポンプの作動に応じて動作する油ポンプを有する真空ポンプの場合には、この制御弁を、有利には油圧によって操作するようにする。 この油圧は、真空ポンプの作動状態の簡単かつ確実な指標となる。 また、ポンプは密封式なので、真空確保のための吸込み接続管を必要としない。 以下で、本発明のその他の利点及び詳細を第１図〜第４図に示した実施例について説明する。 第１図は、本発明による気体バラスト供給弁を有する真空ポンプである。 第２図は、第１図に示した気体バラスト供給弁の拡大図である。 第３図は、気体バラスト供給弁の別の実施例を示した図である。 第４図は、気体バラスト供給弁の更に別の実施例を示した図である。 第１図に示した回転翼形油回転真空ポンプ１は、主に、ケーシング２、ロータ３、駆動モータ４から成る構成群を有している。 ケーシング２は、主に、外壁５と、蓋６と、吸込み室８，９及び軸受孔１１を備えた内方部分７と、吸込み室８，９の端側を閉じている端ディスク１２と軸受片１３とを有するポットの形状を有している。 軸受孔１１の軸線は符号１４で示されている。 この軸線１４に対して、吸込み室８，９ の軸線１５，１６は、偏心的に位置している。 外壁５と内方部分７との間には、 真空ポンプ作動時に部分的に油が充填される油室１７が設けてある。 油レベル点検のため、蓋６には、２個の油点検アイ１８，１９（最高と最低の油レベル）が取り付けられている。 油の充填接続管と排出接続管は、図示されていない。 内方部分７内には、ロータ３が配置されている。 ロータ３は、一体に構成され、端側に配置された２個の可動部分２１，２２と、これらの部分の間に配置された軸受部分２３とを有している。 軸受部分２３と可動部分２１，２２とは、直径が等しい。 可動部分２１，２２は、スライダ２７，２８用のスリット２５，２６ を有している。 これらのスリット２５，２６は、それぞれ、ロータ３の所属端側から切削加工できるので、簡単に正確なスリット寸法が達成できる。 軸受部分２ ３は、可動部分２１，２２の間に位置している。 軸受部分２３と軸受孔１１とは、ロータ３の唯一の軸受部を形成している。 この軸受部は、ロータの揺動を防止するために、十分な軸方向長さを有していなければならない。 軸受部の長さは、 ロータ全長の少なくとも１ ０％を占めるのが適当だが、有利には少なくとも２５％とする。 可動部分２２とこれに属する吸込み室９とは、吸込み室８を備えた可動部分２ １よりも長く形成されている。 可動部分２２と吸込み室９とは、高真空段を形成している。 真空ポンプの作動時には、高真空段９，２２の入口は、吸込み接続管３０と接続されている。 高真空段９，２２の出口と前真空段８，２１の入口とは、吸込み室８，９の軸線１５，１６と平行に延びる軸線３２を有するケーシング孔３１を介して接続されている。 前真空段８，２１の出口は、油溜め２０を有する油室１７に開口している。 油含有気体は、この油室１７で鎮静化し、出口接続管３３からポンプ１を出て行く。 図面を見やすくするため、双方のポンプ段の出入開口は、第１図には示されていない。 軸受片１３は、軸受孔１１の軸線１４と同軸的な孔３５を有している。 この孔３５は、駆動モータ４の軸３６用の孔である。 軸受片１３に対する軸３６のシールは、切欠き５６内の軸シールリング５５により行われる。 ロータ３と駆動モータ軸３６との連結は、突起４０と対応切欠きとを介して形状接続式に行われる。 図示の実施例では、ロータ３は、駆動モータ軸３６側の端側に、スライダ２８のスリット２６に対して直角に延びる長めの切欠き３８を有している。 駆動モータ軸３６は、突起４０を介して、切欠き３８に係合する。 駆動モータ軸３６の突起４０は、スライダ２８を取り囲む切欠き４１を有している。 第１図の真空ポンプは、油ポンプを装備している。 この油ポンプは、端ディスク１２内に設けられた吸込み室４５と、吸込み室４５内で回転する偏心体４６とから成っている。 この偏心体４６には、コイルばね４８の圧力を受けたロックスライダ(Sperrschieber)４７が接触している。 端ディスク１２内に吸込み室４５ を設けるために、端ディスク１２には蓋５２が設けられている。 ロータ３の前真空側の端側に設けられた突起５３を介して、ロータ３、若しくは油ポンプの偏心体４６の駆動が行われる。 油ポンプ４５，４６の入口は、孔５１を介して油溜め２０と接続されている。 油を必要とする真空ポンプ１のあらゆる箇所、特に、全体を符号７１で示した弁装置は、油ポンプ４５，４６の出口と接続されている。 弁装置７１は、同じく端ディスク１２内に設けられ、第２図に拡大して示してある。 第２図に拡大して示した弁装置７１はダイアフラム弁である。 ダイアフラム弁のダイアフラム７２は、端ディスク１２の凹所７３内に配置されている。 ダイアフラム７２の周縁区域は、外方へ湾曲したキャップ７６の縁部７５と蓋５２とにより、凹所７３内に固定されている。 ダイアフラム７２により外部と遮断された部分空間７７へは、管路７８が開口し、この管路７８ には、真空ポンプ１の作動状態に関連する制御圧を負荷できる。 図示の実施例（ 第１図と第２図）の場合、管路７８は、油ポンプ４５，４６の出口と接続されている。 この結果、真空ポンプ１の作動時には、切欠き７３の部分空間７７内の油圧は上昇する。 真空ポンプ１の別の制御圧−例えば、ポンプ出口で排出フィルターに対して生じる過圧−を利用することも可能である。 ダイアフラム７２には、部分空間７７内に延びる円筒形の成形片５８が固定されている。 成形片５８の自由端側には中空ニップル５９がはめ込まれている。 中空ニップル５９を有する成形片５８は、シール６０を備えた弁の閉止片を形成している。 この弁の弁座は、部分空間７７の壁部分６１（底部）である。 中空ニップル５９の中心部に当たる壁部分６１内には、気体バラスト供給管路６３と接続された孔６２が開口している。 この気体バラスト供給管路６３内には、別の弁６ ４が配置されており、この弁６４を介して、手動で気体バラスト供給を停止できる。 壁部分６１には、加えて、吸込み室８，９に接続された孔若しくは管路１０ ２が開口している。 管路１０２の開口部は、シール６０の外方に位置し、このため、孔６２，１０２は、弁５９，６０，６１を介して相互に接続又は遮断され得る。 気体バラスト供給管路６３内への油の侵入を防止するためには、ほかに、ケーシングに固定されたエラストマー製成形片６５が、閉止片である成形片５８と中空ニップル５９とを密に取り囲むように配置されている。 ダイアフラム７２には、部分空間７７の外部に、ほぼダイアフラム７２の自由区域の大きさの支持板６６が固定されている。 キャップ７６と支持板６６との間には、ばね９６が配置されている。 支持板６６には、さらに、外方へ折り曲げられた縁部６７が設けられ、この縁部６７には、キャップ７６内の段状部６８が対応している。 段状部６８は、縁部６７のストッパを形成している。 段状部６８の位置は、ダイアフラム７２に外方への過剰な伸びを生じさせない位置に選定する。 真空ポンプ１の作動時には、部分空間７７内の油圧は上昇する。 この圧力により、閉止片５８，５９が、ばね９６の力に抗して移動し、孔６２と孔１０２とが連通する。 弁６４が開くと気体バラストが吸込み室８，９へ流入する。 真空ポンプ１のロータ３が停止すると、それにより油ポンプのロータ４６も停止し、部分空間７７内の油圧が降下する。 これにより閉止片５８，５９が閉じ方向へ移動し、双方の孔６２，１０２が遮断される。 従って真空ポンプ１の故障時には、たとえ弁６４が開いていても、気体バラスト供給は中止される。 第３図に示した実施例の場合、ダイアフラム７２が、弁７１の調節部材と閉止片とを兼ねている。 ダイアフラム７２は、２つの安定的な位置だけを有するように構成されている。 第３図には、ダイアフラム７２の一方の位置が実線で示され、他方の位置は破線で示されている。 ２つの安定的位置のみを占めることができるダイアフラム状閉止片７２の特性は、クラックフロツグ効果(Knackfroscheffekt)を十分に利用することによって得られる。 この効果は、有利には金属製ダイアフラムにより達成出来る。 金属製ダイアフラムには、加えて、特に次の場合に、プラスチック製又はエラストマー製のダイアフラムより寿命が長い利点がある。 すなわち、金属製ダイアフラムが、閉止片として、 プラスチック製又はエラストマー製のシール弁座と協働する場合である。 第３図に示した弁装置７１の閉止片であるダイアフラム７２は、２つの機能を有している。 ダイアフラム７２には、−それぞれダイアフラム７２の両側に向かい合って−２つの弁座８１，８２が配属されている。 これらの弁座８１，８２は、エラストマー製ニップル８５，８６により形成された貫通孔８３，８４を有している。 部分空間７７の内側に配置されたニップル８６は、ディスク１２に支持されこれに対し、部分空間７７の外側に配置されたニップル８５は、キャップ７ ６に保持されている。 部分空間７７内の制御圧力値に応じて、ダイアフラム７２ は、ニップル８５又はニップル８６に密着する。 ダイアフラム７２の中心区域には、貫通孔８３を貫通する弁棒９７が固定されている。 閉止片９８は、キャップ７６の外部の閉じられた室１００の内部で、弁棒９７により操作される。 閉止片９８には、キャップ７６に設けられたシール弁座９９が配属されている。 第１図に示した真空ポンプの場合、この種の弁は、吸込み室８，９への気体バラスト供給及び油供給を、真空ポンプの作動に関連して制御する目的で使用できる。 真空ポンプ１の作動時、ダイアフラム７２は、実線で示した位置を占める。 貫通孔８４は開状態となる。 このため、気体バラストが、キャップ７６の開口９ ３から流入し、ダイアフラム７２に対するストッパの機能を有するニップル８５ の穴１０１を通り、貫通孔８３と室１００を通過し、弁１０３を有し吸込み室と接続されている管路１０２内へ流入する。 弁１０３が開かれている場合は、気体バラストが吸込み室に達する。 気体バラストを遮断する場合は、弁１０３を閉じる。 ロータ３が停止し、油ポンプのロータ４６も停止すると、部分空間７７内の油圧が減少する。 このため、ダイアフラム７２や、ひいては閉止片９８が、破線で示した位置へ移動する。 これにより、油供給と気体バラスト供給とが中止される。 一方の位置から他方の位置へのダイアフラム７２の位置変更は、ダイアフラム７２自体の構成と、部分空間７７内の圧力とに関連する。 昇圧速度には、絞り９４を介して影響を与えることができる。 絞り９４は、 貫通孔８４に接続されている管路９５に設けられている（第２図参照）。 加えて、ダイアフラム７２の切替え時点には、ダイアフラム７２に作用するばね９６によって影響を与えることができる。 第３図に示した実施例の場合、部分空間７７ の外部に圧縮ばね９６が配置されている。 圧縮ばね９６は、ニップル８５を取り囲み、内側からキャップ７６とダイアフラム７２とに支えられている。 第４図に示した実施例の場合は、部分空間７７を取り囲むポット状ケーシング１０５が、底部１０６を端ディスク１２に固定されている。 ダイアフラム７２の縁部７４は、キャップ７６とケーシング１０５との間に位置している。 ダイアフラム７２には、弁棒１０７が固定されている。 弁棒１０７は、ケーシング１０５ の底部１０６を貫通し、同じくポット状の、端ディスク１２内の凹所１０８内で終わっている。 凹所１０８の底部１０９のほぼ中央には、吸込み室と接続された孔１０２が開口している。 凹所１０８の他の部分は、孔１０２の開口を取り囲む弁座を形成している。 この弁座は、弁棒１０７に配置されたシール１１０と協働する。 弁１０９／１１０の操作は、既述の実施例の場合同様、油圧によって行われる。 凹所１０８は、まず段部１１１に移行し、次いで円錐形部分１１２に移行して外方へ拡大されている。 円錐形部分１１２の高さのところには、ケーシング１０ ５の底部１０６に、孔１１４が開口する環状みぞ１１３が設けられている。 この孔１１４により、気体バラスト供給管路６３が環状みぞ１１３と接続される。 環状みぞ１１３と円錐形部分１１２とには、ケーシング１０５と端ディスク１２との間に周縁部が固定された環状ダイアフラム１１５が配属されている。 この環状ダイアフラム１１５は、気体バラスト流の逆止め弁を形成している。 気体バラストが所望方向に流れるさい、環状ダイアフラム１１５は、環状みぞ１１３を開放する。 環状ダイアフラム１１５の過負荷は、円錐形部分１１２にダイアフラム１ １５が当てつけられることによって、防止される。 休止状態のさい、又は凹所１ ０８内が過圧の場合には、ダイアフラム１１５は環状みぞ１１３に密着するので、油又は気体が逆流することはできない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミュラー，ペーター ドイツ連邦共和国 Ｄ―51107 ケルン レットゲンスヴェーク 28