JP2019526738A - Dry compression vacuum pump - Google Patents

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レイボルド ゲーエムベーハー
レイボルド ゲーエムベーハー
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【解決手段】ドライ圧縮真空ポンプ、特にスクリューポンプは、ポンプチャンバ(12)に配置されてロータ軸(22)によって夫々支持されている２つのロータ要素(14)を備えている。ロータ軸(22)の２つの軸端部がポンプハウジング(10)の側壁(30)を通って突出している。２つの軸端部(28)には、いずれの場合にも１つの歯付ベルトプーリ(38)が配置されている。更に、ロータ軸(22)を駆動するための駆動装置及び電気モータが設けられている。本発明によれば、ロータ軸(22)は歯付ベルト(40)によって駆動される。駆動目的で歯付ベルトの使用を可能にすべく、±0.75°、特には±１°を超える２つのロータ要素(14)間の回転フランクバックラッシュが設けられている。A dry compression vacuum pump, particularly a screw pump, includes two rotor elements (14) disposed in a pump chamber (12) and supported by a rotor shaft (22), respectively. Two shaft ends of the rotor shaft (22) protrude through the side wall (30) of the pump housing (10). One toothed belt pulley (38) is arranged at each of the two shaft end portions (28). Furthermore, a driving device and an electric motor for driving the rotor shaft (22) are provided. According to the present invention, the rotor shaft (22) is driven by the toothed belt (40). In order to allow the use of a toothed belt for driving purposes, a rotating flank backlash between the two rotor elements (14) exceeding ± 0.75 °, in particular ± 1 °, is provided.

Description

本発明は、ドライランニング真空ポンプ、特にスクリューポンプに関する。   The present invention relates to a dry running vacuum pump, particularly a screw pump.

例えばスクリューポンプのようなドライ圧縮真空ポンプは、吸込チャンバに配置された２つのロータ要素を備えている。スクリューポンプでは、ロータ要素が螺旋状の移動要素として形成されている。各ロータ要素はロータ軸に支持されている。スクリューポンプでは、両方のロータ要素が、ポンプハウジングによって形成された吸込チャンバに配置されている。両方のロータ軸は、吸込チャンバを画定するハウジング壁を通って延びている。歯車が２本のロータ軸に連結されている。スクリューポンプでは、２つの歯車が互いに噛合する。そのため、一方では反対方向に回転する２本の軸を同期させ、他方では２本の軸を駆動する。２つの噛合する歯車を設けることにより、２本の軸の一方のみを駆動する必要がある。効率的な圧縮処理及び十分な容積効率を得るために、狭い隙間が、非常に正確な同期を必要とするロータ間に必要である。典型的には、最大の同期誤差又は±0.25°のロータ間の円周方向バックラッシュが許容可能である。販売されているドライ圧縮真空ポンプでは、噛合する歯車を軸端部に設けることにより、このような円周方向バックラッシュを達成することができる。所要の精度及び小さな許容差のため、コストは高い。   A dry compression vacuum pump, for example a screw pump, comprises two rotor elements arranged in the suction chamber. In the screw pump, the rotor element is formed as a spiral moving element. Each rotor element is supported on a rotor shaft. In a screw pump, both rotor elements are arranged in a suction chamber formed by a pump housing. Both rotor shafts extend through a housing wall that defines a suction chamber. A gear is connected to the two rotor shafts. In a screw pump, two gears mesh with each other. Therefore, on the one hand, two shafts rotating in opposite directions are synchronized, and on the other hand, the two shafts are driven. By providing two meshing gears, it is necessary to drive only one of the two shafts. In order to obtain an efficient compression process and sufficient volumetric efficiency, narrow gaps are required between rotors that require very precise synchronization. Typically, maximum synchronization errors or ± 0.25 ° circumferential backlash between rotors is acceptable. In a commercially available dry compression vacuum pump, such a circumferential backlash can be achieved by providing a meshing gear at the shaft end. The cost is high due to the required accuracy and small tolerances.

更に、同期のために噛合する歯車を設ける場合、油潤滑が必要である。その結果、軸端部が貫通して延びているハウジング壁に複雑で込み入った密閉が必要である。   Further, when a gear that meshes for synchronization is provided, oil lubrication is necessary. As a result, a complex and intricate seal is required in the housing wall through which the shaft end extends.

２本のロータ軸の電子同期が更に知られている。しかしながら、この電子同期も複雑でコストがかかる。通常、電気モータが、ロータ軸を駆動するための駆動手段として設けられている。真空ポンプの回転速度を上げるために、電気モータは周波数変換器と連結されてもよい。周波数変換器も比較的高価な部品である。場合によっては、更に油潤滑されなければならない中間歯車が設けられる。   Electronic synchronization of the two rotor shafts is further known. However, this electronic synchronization is also complicated and expensive. Usually, an electric motor is provided as a driving means for driving the rotor shaft. In order to increase the rotation speed of the vacuum pump, the electric motor may be connected to a frequency converter. Frequency converters are also relatively expensive parts. In some cases, an intermediate gear is provided which must be further oil lubricated.

更に、例えば独国特許出願公開第3823927 号明細書から、スクリューポンプの２本のロータ軸を歯付ベルトによって同期させることが知られている。しかしながら、対応する製品は技術的に実現されておらず、販売されていなかった。ベルト駆動部によって駆動され、大気に対して送るときに少なくとも200 mbarの絶対圧の真空を得ることができるスクリューポンプを構成するために、相応して小さな同期誤差をスクリュー状のロータ要素間に実現する必要がある。歯付ベルトを使用すると、歯付ベルトによって駆動される歯車又は歯付ベルトホイールが非常に小さな歯隙間を有する場合にのみ、小さな同期誤差が可能になる。ISO 13050 によれば、歯隙間は輪郭に応じて0.1 mm未満又は0.2 mm未満である。或いは、歯車を使用して、典型的には0.2 〜0.4 mmのより大きな有効径を設ける必要がある。このため、同期を損なう強制的な歯ピッチ誤差が生じる。確かに、より大きな有効径を設けると、使用される歯付ベルトの耐用年数が著しく短くなる。このような耐用年数は、販売されているドライ圧縮真空ポンプには受け入れられない。   Furthermore, it is known from DE 3823927, for example, to synchronize the two rotor shafts of a screw pump by means of a toothed belt. However, the corresponding product was not technically realized and was not sold. A correspondingly small synchronization error is realized between the screw-like rotor elements to form a screw pump driven by a belt drive and capable of obtaining a vacuum with an absolute pressure of at least 200 mbar when sent to the atmosphere There is a need to. The use of a toothed belt allows a small synchronization error only if the gear or toothed belt wheel driven by the toothed belt has a very small tooth gap. According to ISO 13050, the tooth gap is less than 0.1 mm or less than 0.2 mm depending on the contour. Alternatively, gears must be used to provide a larger effective diameter, typically 0.2 to 0.4 mm. Therefore, a forced tooth pitch error that impairs synchronization occurs. Certainly, providing a larger effective diameter significantly shortens the useful life of the toothed belt used. Such a service life is not acceptable for the dry compression vacuum pumps sold.

本発明は、歯付ベルトによって駆動されて、上記の不利点を有さないドライ圧縮真空ポンプを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a dry compression vacuum pump that is driven by a toothed belt and does not have the above disadvantages.

前記目的は、本発明によれば請求項１の特徴により達成される。   The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

ドライ圧縮真空ポンプは、ポンプハウジングによって形成された吸込チャンバを備えている。２つのロータ要素が吸込チャンバに配置されており、真空ポンプは特にはスクリューポンプである。各ロータ要素はロータ軸に支持されている。ロータ軸毎に１つの軸端部が吸込チャンバから延びているように、２つのロータ要素は吸込チャンバを画定するハウジング壁を通って延びている。１つの歯付ベルトホイールが２つの軸端部に夫々配置されている。２本のロータ軸が歯付ベルトによって駆動されるので、２つの歯付ベルトホイールは互いに噛合しない。更に、電気モータのような駆動手段が設けられている。ここで、ベルトプーリが、特に電気モータの駆動軸に配置されている。歯付ベルトは、２つの歯付ベルトホイール及び駆動手段、特に駆動手段のベルトプーリに連結されている。２本のロータ軸を駆動するための歯付ベルトを設けるために、本発明によれば、±0.75°、特には±１°を超える２つのロータ要素間の円周方向バックラッシュが設けられている。歯付ベルトの使用は、このような大きな円周方向バックラッシュを設けることによってのみ可能である。   The dry compression vacuum pump includes a suction chamber formed by a pump housing. Two rotor elements are arranged in the suction chamber and the vacuum pump is in particular a screw pump. Each rotor element is supported on a rotor shaft. The two rotor elements extend through the housing wall that defines the suction chamber, such that one shaft end for each rotor shaft extends from the suction chamber. One toothed belt wheel is disposed at each of the two shaft ends. Since the two rotor shafts are driven by the toothed belt, the two toothed belt wheels do not mesh with each other. Furthermore, driving means such as an electric motor are provided. Here, the belt pulley is arranged in particular on the drive shaft of the electric motor. The toothed belt is connected to two toothed belt wheels and drive means, in particular a belt pulley of the drive means. In order to provide a toothed belt for driving two rotor shafts, according to the invention, a circumferential backlash between two rotor elements exceeding ± 0.75 °, in particular ± 1 °, is provided. Yes. The use of a toothed belt is only possible by providing such a large circumferential backlash.

大きな円周方向バックラッシュにもかかわらず、大気に対して圧縮するときに、特に200 mbarの絶対圧未満の高真空を達成し得るために、圧縮段、つまりロータ軸に配置されたディスプレーサ要素の特有の構成が好ましく、言うまでもなくディスプレーサ要素をロータ軸と一体に形成することが可能である。   In order to achieve a high vacuum below 200 mbar absolute pressure, especially when compressing against the atmosphere, despite the large circumferential backlash, the compression stage, i.e. the displacer element located on the rotor shaft, A specific configuration is preferred, and it is needless to say that the displacer element can be formed integrally with the rotor shaft.

本発明によって可能にする大きな円周方向バックラッシュにより、比較的高い還流が、特に吸込み側の圧縮要素、つまりポンプ入口の下流側の圧縮要素で生じる。   Due to the large circumferential backlash made possible by the present invention, a relatively high reflux occurs, in particular on the suction side compression element, ie on the downstream side of the pump inlet.

ピッチが送出方向に変えられるスクリュー式ロータでは、入口領域に存在するディスプレーサ要素の巻きの大きなピッチによって、入口領域の輪郭かみ合い隙間が最大の許容同期誤差にとって重大である。比較的小さな角度偏差であっても、吸込み側のディスプレーサ要素での好ましくないフランク接触の原因となる。このようなフランク接触を回避するために、大きな円周方向バックラッシュを選択しなければならない。そのために生成される大きな隙間にもかかわらずポンプの十分な容積効率を達成するために、入口領域に大きなピッチ及び大きな輪郭隙間を有する巻きの数を増加させることが好ましい。特に、２〜３の巻きが好ましくはこの入口領域に設けられている。加えて又は代替例として、出口領域、つまり圧力側の巻きの数も増加させてもよい。このため、入口領域の圧力勾配がより小さくなり、ひいては更に還流が減少する。出口領域では巻きのピッチはより小さい。   In screw-type rotors where the pitch is changed in the delivery direction, due to the large pitch of the displacer element windings present in the inlet region, the contour meshing clearance in the inlet region is critical for the maximum allowable synchronization error. Even relatively small angular deviations can cause undesirable flank contact at the displacer element on the suction side. To avoid such flank contact, a large circumferential backlash must be selected. To achieve sufficient volumetric efficiency of the pump in spite of the large gap created for this purpose, it is preferable to increase the number of turns having a large pitch and a large contour gap in the inlet area. In particular, a few turns are preferably provided in this entrance region. In addition or as an alternative, the number of outlet zones, i.e. pressure side turns, may also be increased. For this reason, the pressure gradient in the inlet region becomes smaller, which in turn reduces the reflux. In the exit area, the winding pitch is smaller.

更に代替の好ましい実施形態では、２つのスクリューロータが複数のロータ又はディスプレーサ要素又はディスプレーサ段を有することが可能である。少なくとも２つのディスプレーサ要素又はディスプレーサ段が設けられていることが好ましい。   In a further alternative preferred embodiment, the two screw rotors can have multiple rotors or displacer elements or displacer stages. Preferably, at least two displacer elements or displacer stages are provided.

このような真空ポンプのスクリュー式ロータは、好ましくはロータ軸に配置された少なくとも２つの螺旋状のディスプレーサ要素を備えている。少なくとも２つのディスプレーサ要素は好ましくは異なるピッチを有しており、ピッチは、夫々のディスプレーサ要素毎に一定である。例えば、真空ポンプのスクリューロータは２つのディスプレーサ要素を備えており、第１の吸込み側のディスプレーサ要素はより大きな一定のピッチを有しており、第２の圧力側のディスプレーサ要素はより小さな一定のピッチを有している。一定のピッチを夫々有する複数のディスプレーサ要素を好ましくは設けるため、製造が著しく容易になる。   The screw rotor of such a vacuum pump preferably comprises at least two helical displacer elements arranged on the rotor shaft. The at least two displacer elements preferably have different pitches, the pitch being constant for each displacer element. For example, the screw rotor of a vacuum pump includes two displacer elements, the first suction side displacer element has a larger constant pitch, and the second pressure side displacer element is a smaller constant element. Has a pitch. Manufacture is greatly facilitated by preferably providing a plurality of displacer elements each having a constant pitch.

各ディスプレーサ要素は、ディスプレーサ要素の長さに亘って同一の外形を有する少なくとも１つの螺旋状の凹部を有していることが好ましい。外形はディスプレーサ要素毎に異なっていることが好ましい。個々のディスプレーサ要素は、好ましくは一定のピッチ及び均一な外形を夫々有している。このため、製造が著しく容易になり、製造コストを大幅に下げることができる。   Each displacer element preferably has at least one helical recess having the same profile over the length of the displacer element. The outer shape is preferably different for each displacer element. The individual displacer elements preferably each have a constant pitch and a uniform profile. For this reason, manufacture becomes remarkably easy and manufacturing cost can be reduced significantly.

吸込み能力を更に高めるために、吸込み側のディスプレーサ要素、つまり特に送出方向に見て第１のディスプレーサ要素の外形は非対称である。外形、つまり輪郭の非対称な構成によって、漏れ表面、いわゆるブローホールが好ましくは完全に除去されるか、又は少なくともブローホールの断面が小さくなるように、フランクが構成されてもよい。特に適した非対称の輪郭は、いわゆる「クインビー輪郭」である。このような輪郭は、製造するのが比較的困難な場合があるが、連続的なブローホールが存在しないという利点を有する。２つの隣り合うチャンバ間のみに短絡回路が存在する。輪郭が異なる輪郭フランクを有する非対称の輪郭であるので、２つのフランクを非対称性故に異なる作業工程で製造する必要があるため、製造のために少なくとも２つの作業工程を必要とする。   In order to further increase the suction capacity, the profile of the displacer element on the suction side, i.e. the first displacer element, in particular in the delivery direction, is asymmetric. The flank may be configured in such a way that the leakage surface, the so-called blowhole, is preferably completely removed or at least the blowhole cross-section is reduced by an asymmetric configuration of the contour, ie the contour. A particularly suitable asymmetric contour is the so-called “Quinby contour”. Such a profile may be relatively difficult to manufacture, but has the advantage that there are no continuous blowholes. A short circuit exists only between two adjacent chambers. Since the contours are asymmetrical contours with different contour flank, at least two work steps are required for manufacturing because the two flanks need to be manufactured in different work steps due to asymmetry.

圧力側のディスプレーサ要素、特に送出方向に最後のディスプレーサ要素は、好ましくは対称な外形を有して設けられている。特に対称な外形は、製造がより簡単であるという利点を有する。具体的には、対称な外形を有する両方のフランクは、回転式エンドミル又は回転式ディスクミルを使用して１つの作業工程で製造されてもよい。このような対称の輪郭は小さなブローホールのみを有するが、ブローホールは連続しており、つまり２つの隣り合うチャンバ間のみに設けられていない。ブローホールの大きさは、ピッチが減少するときに減少する。この点において、好ましい実施形態では、このような対称の輪郭が、吸込み側のディスプレーサ要素より、好ましくは吸込み側のディスプレーサ要素と圧力側のディスプレーサ要素との間に配置されたディスプレーサ要素より小さなピッチを有するので、このような対称の輪郭が、特に圧力側のディスプレーサ要素に設けられてもよい。このような対称の輪郭の緊密性は僅かに低いが、対称の輪郭は、製造が著しく簡単であるという利点を有する。特に、対称の輪郭を１つの作業工程で好ましくは単純なエンドミル又はディスクミルを使用して製造することが可能である。このため、コストが大幅に下がる。特によく適した対称の輪郭は、いわゆる「サイクロイド輪郭」である。   The pressure-side displacer element, in particular the last displacer element in the delivery direction, is preferably provided with a symmetrical profile. Particularly symmetrical contours have the advantage that they are easier to manufacture. In particular, both flank having a symmetric profile may be manufactured in one working process using a rotary end mill or a rotary disc mill. Such symmetrical contours have only small blow holes, but the blow holes are continuous, i.e. not provided only between two adjacent chambers. The size of the blow hole decreases as the pitch decreases. In this regard, in a preferred embodiment, such a symmetrical profile provides a smaller pitch than the displacer element on the suction side, preferably less than the displacer element disposed between the displacer element on the suction side and the displacer element on the pressure side. As such, such a symmetrical contour may be provided in particular on the displacer element on the pressure side. Although the tightness of such symmetrical contours is slightly lower, symmetrical contours have the advantage that they are significantly easier to manufacture. In particular, it is possible to produce symmetrical profiles in a single work step, preferably using a simple end mill or disc mill. For this reason, the cost is significantly reduced. A particularly well-symmetrical contour is the so-called “cycloidal contour”.

少なくとも２つのこのようなディスプレーサ要素を設けることにより、対応するスクリュー真空ポンプが低い電力消費量で低い入口圧力を生成することができる。更に熱負荷も低い。一定のピッチ及び均一な外形を有して好ましい方法で構成された少なくとも２つのこのようなディスプレーサ要素を真空ポンプに配置することにより、本質的に、ピッチが変わる真空ポンプで得られる結果と同一の結果がもたらされる。固有の体積比が高い場合、３つ又は４つのディスプレーサ要素がロータ毎に設けられてもよい。   By providing at least two such displacer elements, the corresponding screw vacuum pump can produce a low inlet pressure with low power consumption. Furthermore, the heat load is low. By disposing at least two such displacer elements in a preferred manner with a constant pitch and uniform profile in the vacuum pump, essentially the same results as obtained with a vacuum pump of varying pitch are obtained. Results. If the inherent volume ratio is high, three or four displacer elements may be provided for each rotor.

特に好ましい実施形態では、圧力側、つまり、特に送出方向に最後のディスプレーサ要素は、得られる入口圧力を下げるため、並びに／又は電力消費量及び／若しくは熱負荷を低下させるために多数の巻きを有している。多数の巻きによって、スクリュー式ロータとハウジングとの間のより大きな間隙が受け入れられ得る一方、性能が同一のままである。ここで、間隙は0.05〜0.3 mmの冷却間隙幅を有してもよい。圧力側のディスプレーサ要素が一定のピッチを有し、特に対称な外形を更に有するので、多数の出口巻き、つまり、この圧力側のディスプレーサ要素における多数の巻きを経済的な方法で製造してもよい。このため、多数の巻きを設けることが受け入れ可能であるように、簡単且つ経済的な製造が可能になる。この圧力側のディスプレーサ要素又は最後のディスプレーサ要素は、６を超える数の巻き、特に８を超える数の巻き、特に好ましくは１０を超える数の巻きを有していることが好ましい。特に好ましい実施形態では、対称な輪郭の使用は、ミルを使用して輪郭の両方のフランクを同時的に切断することができるという利点を有する。ここで、ミルは夫々の対向するフランクによって更に支持されるので、フライス加工中のミルの変形又は撓み、及びそのため引き起こされる不正確さが回避される。   In a particularly preferred embodiment, the last displacer element on the pressure side, in particular in the delivery direction, has a large number of turns to reduce the resulting inlet pressure and / or to reduce power consumption and / or heat load. is doing. With multiple turns, a larger gap between the screw rotor and the housing can be accommodated while the performance remains the same. Here, the gap may have a cooling gap width of 0.05 to 0.3 mm. Since the pressure-side displacer element has a constant pitch and also has a particularly symmetrical profile, a large number of outlet turns, i.e. a large number of turns in this pressure-side displacer element, may be produced in an economical manner . This allows for simple and economical manufacture, as it is acceptable to provide a large number of turns. This pressure-side displacer element or the last displacer element preferably has more than 6 turns, in particular more than 8 turns, particularly preferably more than 10. In a particularly preferred embodiment, the use of symmetrical contours has the advantage that both flanks of the contour can be cut simultaneously using a mill. Here, the mill is further supported by each opposing flank, so that deformation or deflection of the mill during milling and hence inaccuracies caused is avoided.

製造コストを更に下げるために、ディスプレーサ要素及びロータ軸を一体に形成することが特に好ましい。   In order to further reduce the production costs, it is particularly preferred that the displacer element and the rotor shaft are integrally formed.

別の好ましい実施形態では、隣り合うディスプレーサ要素間のピッチの変化は不連続であるか又は不規則である。場合によっては、２つのディスプレーサ要素は長手方向に互いに離れて配置されているため、ツール逃げとしての機能を果たす円周のシリンダリング状のチャンバが２つのディスプレーサ要素間に形成される。このチャンバは、螺旋状のラインを製造するツールがこの領域で簡単な方法で導き出され得るので、特に一体に形成されたロータで有利である。ディスプレーサ要素が独立して製造され、その後、軸に取り付けられる場合、ツール逃げ、特にこのようなシリンダ円筒状領域を設ける必要がない。   In another preferred embodiment, the change in pitch between adjacent displacer elements is discontinuous or irregular. In some cases, the two displacer elements are spaced apart from each other in the longitudinal direction, so that a circumferential cylindrical ring-shaped chamber is formed between the two displacer elements that serves as a tool relief. This chamber is particularly advantageous with an integrally formed rotor, since the tool for manufacturing the helical line can be derived in this area in a simple manner. If the displacer element is manufactured independently and then attached to the shaft, there is no need to provide tool clearance, especially such a cylindrical cylindrical area.

本発明の好ましい展開例では、２つの隣り合うディスプレーサ要素間のピッチが変わる領域にツール逃げが設けられていない。ピッチが変わる領域では、好ましくは両方のフランクがツールを導き出すために切れ目又は凹部を有している。切れ目又は凹部は局所的に非常に限定されているので、このような切れ目はポンプの圧縮性能に決定的な影響を及ぼさない。   In a preferred development of the invention, no tool relief is provided in the region where the pitch between two adjacent displacer elements changes. In areas where the pitch varies, preferably both flank have cuts or recesses to derive the tool. Since the cuts or recesses are very limited locally, such cuts do not have a decisive effect on the compression performance of the pump.

真空ポンプのスクリューロータは、好ましくは複数のディスプレーサ要素を有している。これらのディスプレーサ要素は夫々、同一の直径又は異なる直径を有してもよい。この点において、圧力側のディスプレーサ要素の直径が吸込み側のディスプレーサ要素の直径より小さいことが好ましい。   The screw rotor of the vacuum pump preferably has a plurality of displacer elements. Each of these displacer elements may have the same diameter or different diameters. In this respect, it is preferred that the pressure side displacer element has a smaller diameter than the suction side displacer element.

ロータ軸から独立して製造されたディスプレーサ要素では、ディスプレーサ要素は、例えば圧入によってロータ軸に取り付けられている。この点において、ディスプレーサ要素の互いに対する角度位置を固定するためにダウエルピンのような要素を設けることが好ましい。   In a displacer element manufactured independently of the rotor shaft, the displacer element is attached to the rotor shaft, for example by press fitting. In this regard, elements such as dowel pins are preferably provided to fix the angular position of the displacer elements relative to each other.

特に、スクリュー式ロータの一体化された構成の場合だけでなく、複数の要素が組み立てられた構成の場合にも、スクリュー式ロータをアルミニウム又はアルミニウム合金から製造することが好ましい。ロータをアルミニウム又はアルミニウム合金、特にAlSi9Mg 又はAlSi17Cu4Mg から製造することが特に好ましい。膨脹係数を減少させるために、合金は、好ましくは９％、特には15％を超える高いシリコン割合を有することが好ましい。   In particular, the screw rotor is preferably manufactured from aluminum or an aluminum alloy not only in the case of a configuration in which the screw rotor is integrated but also in a configuration in which a plurality of elements are assembled. It is particularly preferred that the rotor is made from aluminum or an aluminum alloy, in particular AlSi9Mg or AlSi17Cu4Mg. In order to reduce the expansion coefficient, the alloy preferably has a high silicon proportion, preferably above 9%, in particular above 15%.

本発明の更に好ましい展開例では、ロータに使用されるアルミニウムの膨脹係数は低い。材料の膨脹係数は22×10-6/K未満、特には20×10-6/K未満であることが好ましい。別の好ましい実施形態では、ディスプレーサ要素の表面は覆われており、特に摩耗及び／又は腐食に対する被膜が設けられている。この点において、用途に応じて陽極被膜又は別の適した被膜を設けることが好ましい。 In a further preferred development of the invention, the aluminum used in the rotor has a low expansion coefficient. The expansion coefficient of the material is preferably less than 22 × 10 −6 / K, in particular less than 20 × 10 −6 / K. In another preferred embodiment, the surface of the displacer element is covered, in particular with a coating against wear and / or corrosion. In this regard, it is preferable to provide an anode coating or another suitable coating depending on the application.

真空ポンプは少なくとも２つの圧縮段を有している。   The vacuum pump has at least two compression stages.

更に、本発明のドライ圧縮真空ポンプは少なくとも75％、特に少なくとも85％の最大容積効率を有することが好ましい。容積効率は、吸込チャンバの形状及び動作速度に関して損失のないポンプにおける実際に得られた最大体積流量と理論上可能な体積流量との比率である。最大容積効率は通常１〜10mbarの範囲内に達する。   Furthermore, the dry compression vacuum pump of the present invention preferably has a maximum volumetric efficiency of at least 75%, in particular at least 85%. Volumetric efficiency is the ratio of the maximum volume flow actually obtained and the theoretically possible volume flow in a pump with no loss in terms of suction chamber geometry and operating speed. The maximum volumetric efficiency usually reaches within the range of 1-10 mbar.

使用される歯付ベルトは、好ましくは駆動に役立つだけでなくロータ軸の同期にも役立つ。スクリューポンプでは、ロータ軸は反対方向に回転する。従って、好ましい実施形態では、歯付ベルトは両面歯付ベルトとして構成されている。従って、平面視では、歯付ベルトは、軸端部に連結された２つの歯付ベルトホイール間に好ましくは延びている。   The toothed belt used preferably serves not only for driving but also for synchronizing the rotor shaft. In a screw pump, the rotor shaft rotates in the opposite direction. Therefore, in a preferred embodiment, the toothed belt is configured as a double-sided toothed belt. Thus, in plan view, the toothed belt preferably extends between two toothed belt wheels connected to the shaft end.

上述したロータを備えた好ましい実施形態では、0.10mmを超える２つの歯付ベルトホイールの歯隙間が受け入れ可能である。ここで、歯隙間は、使用される歯付ベルトホイールの歯形と歯付ベルトの歯の歯形及びサイズとの組合せによって定められる。比較的大きな歯隙間により、歯付ベルトの耐用年数は著しく延びる。   In the preferred embodiment with the rotor described above, the tooth gap of two toothed belt wheels exceeding 0.10 mm is acceptable. Here, the tooth gap is determined by the combination of the tooth profile of the toothed belt wheel used and the tooth profile and size of the tooth of the toothed belt. Due to the relatively large tooth gap, the service life of the toothed belt is significantly increased.

歯付ベルトの耐用年数を更に延ばすために、有効径を大きくせず、ひいては強制的な歯ピッチ誤差が生じないことが更に好ましい。   In order to further extend the service life of the toothed belt, it is further preferable that the effective diameter is not increased, and consequently no forced tooth pitch error occurs.

特に２本のロータ軸を駆動して同期させるために歯付ベルトを設けることにより、油潤滑を行う必要がないという利点がある。このため、吸込チャンバに対する軸端部の密閉部分が著しくより経済的な方法で構成されてもよいという特有の利点がある。更に、グリース潤滑された転がり軸受を使用することが可能である。特に２本の軸は、軸端部が貫通するハウジング壁に支持されており、このような軸受はグリース潤滑された軸受であってもよい。入口側の領域で支持されている対向する軸端部は、好ましくはグリース潤滑された軸受に支持されているが、油潤滑された軸受を使用してもよい。   In particular, by providing a toothed belt for driving and synchronizing the two rotor shafts, there is an advantage that it is not necessary to perform oil lubrication. This has the particular advantage that the sealed part of the shaft end with respect to the suction chamber may be constructed in a significantly more economical manner. Furthermore, it is possible to use grease-lubricated rolling bearings. In particular, the two shafts are supported by a housing wall through which the shaft ends penetrate, and such bearings may be grease lubricated bearings. The opposing shaft ends supported in the region on the inlet side are preferably supported by grease lubricated bearings, but oil lubricated bearings may also be used.

更に、ベルトを絶えずピンと張り続けるためにベルト引張手段が設けられてもよい。ベルト引張手段は、張力が例えばバネなどによって生成されるか、又は一定の偏りを組立て中に加える自動引張手段であることが好ましい。同様に、駆動モータが移動可能であるように駆動モータを構成することにより、ベルトに張力をかけることが可能である。   Furthermore, belt tensioning means may be provided to keep the belt constantly tensioned. The belt tensioning means is preferably an automatic tensioning means in which tension is generated, for example by a spring, or a constant bias is applied during assembly. Similarly, it is possible to apply tension to the belt by configuring the drive motor such that the drive motor is movable.

本発明に係る歯付ベルトの駆動の別の利点は、真空ポンプの速度の変化が簡単な方法で可能であるということである。そのために、駆動手段と連結されている歯付ベルトプーリの交換が単に必要なだけである。歯付ベルトプーリを交換するとき、歯付ベルトを必要に応じて同様に交換する必要がある。   Another advantage of the toothed belt drive according to the invention is that the speed of the vacuum pump can be changed in a simple manner. For this purpose, it is only necessary to replace the toothed belt pulley connected to the drive means. When replacing the toothed belt pulley, it is necessary to replace the toothed belt as necessary.

本発明を、好ましい実施形態及び添付図面を参照して以下に詳細に説明する。   The present invention is described in detail below with reference to preferred embodiments and the accompanying drawings.

スクリュー式真空ポンプの長手断面略図である。It is a longitudinal section schematic diagram of a screw type vacuum pump. 真空ポンプの駆動を示す概略図である。It is the schematic which shows the drive of a vacuum pump. 歯隙間を有する歯付ベルト及び歯付ベルトディスクの組合せを示す概略図である。It is the schematic which shows the combination of the toothed belt which has a tooth gap, and a toothed belt disk. 歯隙間を有さない歯付ベルト及び歯付ベルトディスクの組合せを示す概略図である。It is the schematic which shows the combination of the toothed belt which does not have a tooth gap, and a toothed belt disk. 真空ポンプのスクリュー式ロータの第１の好ましい実施形態を示す平面略図である。1 is a schematic plan view showing a first preferred embodiment of a screw-type rotor of a vacuum pump. 真空ポンプのスクリュー式ロータの第２の好ましい実施形態を示す平面略図である。4 is a schematic plan view showing a second preferred embodiment of a screw-type rotor of a vacuum pump. 輪郭が非対称なディスプレーサ要素を示す断面略図である。2 is a schematic cross-sectional view showing a displacer element having an asymmetric profile. 輪郭が対称なディスプレーサ要素を示す断面略図である。2 is a schematic cross-sectional view showing a displacer element having a symmetrical profile.

図１は、ポンプハウジング10を示す非常に簡略化された概略図である。吸込チャンバがポンプハウジング10の内部に形成されており、吸込チャンバに２つのロータ要素14が配置されている。図示された実施形態では、ロータ要素14はスクリュー式ロータである。スクリュー式ロータ14は、互いに噛合する螺旋状の圧縮要素を有している。２つのスクリュー式ロータ14は反対方向に駆動される。図示された実施形態では、２つのスクリュー式ロータ14は２つのポンプ段16, 18を有している。   FIG. 1 is a highly simplified schematic diagram showing a pump housing 10. A suction chamber is formed inside the pump housing 10 and two rotor elements 14 are arranged in the suction chamber. In the illustrated embodiment, the rotor element 14 is a screw rotor. The screw rotor 14 has helical compression elements that mesh with each other. The two screw rotors 14 are driven in opposite directions. In the illustrated embodiment, the two screw rotors 14 have two pump stages 16, 18.

２つのロータ要素はロータ軸22に夫々配置されている。吸込み側では、２本のロータ軸22は軸受要素26を介してハウジングカバー24に支持されている。反対側では、軸端部28がハウジング壁30を通って延びている。２本のロータ軸22は、グリース状の軸受32を介してハウジング壁30に支持されている。   The two rotor elements are respectively arranged on the rotor shaft 22. On the suction side, the two rotor shafts 22 are supported by the housing cover 24 via bearing elements 26. On the opposite side, the shaft end 28 extends through the housing wall 30. The two rotor shafts 22 are supported on the housing wall 30 via grease-like bearings 32.

ドライ圧縮真空ポンプは、入口34を通って出口36に媒体を運ぶ。   A dry compression vacuum pump carries the media through inlet 34 to outlet 36.

２つのロータ要素14を駆動するために、２つの軸端部28は夫々歯付ベルトホイール38に連結されており、２つの歯付ベルトホイール38は互いに噛合しない。図１には示されていない歯付ベルト40（図２）を介して同期を行う。歯付ベルト40は両面歯付ベルトとして構成されており、２つの歯付ベルトホイール38又は歯付ベルトホイール38に連結された２つの軸端部28を同期させるために、これらの間を通過する。更に駆動手段42が設けられており、駆動手段42の駆動軸44が歯付ベルトディスク46と連結されている。   In order to drive the two rotor elements 14, the two shaft ends 28 are each connected to a toothed belt wheel 38 and the two toothed belt wheels 38 do not mesh with each other. Synchronization is performed via a toothed belt 40 (FIG. 2) not shown in FIG. The toothed belt 40 is configured as a double-sided toothed belt and passes between two toothed belt wheels 38 or two shaft ends 28 connected to the toothed belt wheel 38 in order to synchronize them. . Further, driving means 42 is provided, and a driving shaft 44 of the driving means 42 is connected to the toothed belt disk 46.

図３は、歯付ベルト40に関連する歯付ベルトディスク38又は歯付ベルトディスク46の歯を概略的に示す。歯付ベルト40の歯48は、斜線で示された隙間が歯付ベルトホイール38の２つの隣り合う歯52の歯溝50に対向して形成されるように構成されている。そのため、一定の遊びが歯付ベルト40と歯付ベルトホイール38との間に存在する。そのために２本のロータ軸22の同期は多少損なわれるかもしれないが、歯付ベルト40の耐用年数は延びる。   FIG. 3 schematically shows the teeth of the toothed belt disk 38 or the toothed belt disk 46 associated with the toothed belt 40. The teeth 48 of the toothed belt 40 are configured such that a gap indicated by diagonal lines is formed opposite to the tooth spaces 50 of the two adjacent teeth 52 of the toothed belt wheel 38. Therefore, a certain amount of play exists between the toothed belt 40 and the toothed belt wheel 38. For this reason, the synchronization of the two rotor shafts 22 may be somewhat impaired, but the service life of the toothed belt 40 is extended.

代替例として、図４に概略的に示されているように歯付ベルトが設けられてもよい。図４は、ゼロ隙間と称される、歯溝50と歯付ベルト40の歯48との間の間隔が無いことを示す。   As an alternative, a toothed belt may be provided as schematically shown in FIG. FIG. 4 shows that there is no spacing between the tooth spaces 50 and the teeth 48 of the toothed belt 40, referred to as zero clearance.

真空ポンプのスクリュー式ロータの第１の好ましい実施形態（図５）では、ロータは、２つのポンプ段16, 18を形成する２つのディスプレーサ要素110, 112を有している。第１の吸込み側のディスプレーサ要素110 は、約50〜150 mm／回転の大きなピッチを有する。ピッチは、ディスプレーサ要素110 に亘って一定である。更に螺旋状の凹部の外形が一定である。第２の圧力側のディスプレーサ要素112 もディスプレーサ要素112 の長さに亘って一定のピッチ及び凹部の一定の外形を有する。圧力側のディスプレーサ要素112 のピッチは、好ましくは10〜30mm／回転の範囲内である。環状の円筒形凹部114 が２つのディスプレーサ要素間に設けられている。円筒形凹部114 は、図５に示されているスクリュー式ロータの一体化された構成のため、ツール逃げを実現する役目を果たす。   In the first preferred embodiment of the screw pump rotor of the vacuum pump (FIG. 5), the rotor has two displacer elements 110, 112 forming two pump stages 16,18. The first suction side displacer element 110 has a large pitch of about 50-150 mm / revolution. The pitch is constant across the displacer element 110. Further, the outer shape of the spiral recess is constant. The second pressure side displacer element 112 also has a constant pitch and a constant contour of the recess over the length of the displacer element 112. The pitch of the displacer elements 112 on the pressure side is preferably in the range of 10-30 mm / rotation. An annular cylindrical recess 114 is provided between the two displacer elements. The cylindrical recess 114 serves to provide tool clearance due to the integrated configuration of the screw rotor shown in FIG.

更に、一体的に形成されたスクリュー式ロータは２つの軸受座116 と軸端部118 とを有している。例えば、歯車が駆動のために軸端部118 に連結されている。   Further, the integrally formed screw type rotor has two bearing seats 116 and a shaft end portion 118. For example, a gear is connected to the shaft end 118 for driving.

図６に示されている第２の好ましい実施形態では、２つのディスプレーサ要素110, 112は別々に製造され、その後、例えば押し付けによってロータ軸120 に固定される。この製造方法は、多少より複雑かもしれないが、２つの隣り合うディスプレーサ要素110, 112間の円筒状の間隔114 がツール逃げとして必要ではない。軸受座116 及び軸端部118 はロータ軸120 の一体の部品であってもよい。連続的な軸120 が、ディスプレーサ要素110, 112の材料とは異なる別の材料から製造されてもよい。   In the second preferred embodiment shown in FIG. 6, the two displacer elements 110, 112 are manufactured separately and then secured to the rotor shaft 120, for example by pressing. This manufacturing method may be somewhat more complicated, but the cylindrical spacing 114 between two adjacent displacer elements 110, 112 is not required as a tool clearance. The bearing seat 116 and the shaft end 118 may be an integral part of the rotor shaft 120. The continuous shaft 120 may be made from a different material than the material of the displacer elements 110,112.

図７は、非対称の輪郭（例えばクインビー輪郭）の断面略図を示す。図示された非対称の輪郭はいわゆる「クインビー輪郭」である。断面図は、互いに噛合する２つのスクリュー式ロータを示し、スクリュー式ロータの長手方向が図面の面に対して垂直である。ロータの反対方向の回転が２つの矢印115 によって示されている。ディスプレーサ要素の長手軸芯に垂直な面117 に関して、フランク119, 121の輪郭はロータ毎に異なって構成されている。従って、対向するフランク119, 121を独立して製造する必要がある。しかしながら、ひいては多少より複雑で込み入ったこの製造方法には、連続的なブローホールが存在せず、短絡回路が２つの隣り合うチャンバ間のみに存在するという利点がある。   FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of an asymmetric profile (eg, a Quimby profile). The asymmetric contour shown is the so-called “Quinby contour”. The cross-sectional view shows two screw rotors that mesh with each other, the longitudinal direction of the screw rotor being perpendicular to the plane of the drawing. The opposite direction of rotation of the rotor is indicated by two arrows 115. With respect to the plane 117 perpendicular to the longitudinal axis of the displacer element, the profile of the flanks 119, 121 is configured differently for each rotor. Therefore, it is necessary to manufacture the opposing flanks 119 and 121 independently. However, this manufacturing method, which is somewhat more complicated and complicated, has the advantage that there are no continuous blowholes and that a short circuit exists only between two adjacent chambers.

このような非対称の輪郭は、好ましくは吸込み側のディスプレーサ要素110 に設けられている。   Such an asymmetric profile is preferably provided in the displacer element 110 on the suction side.

図８の断面略図は、ここでも反対方向（矢印115 ）に回転する２つのディスプレーサ要素又は２つのスクリュー式ロータの断面図を再度示す。対称軸芯117 に関して、各ディスプレーサ要素のフランク123 は対称的に構成されている。図８に示されている対称的に構成された外形の好ましい実施形態ではサイクロイド輪郭が使用されている。   The cross-sectional schematic of FIG. 8 again shows a cross-sectional view of two displacer elements or two screw-type rotors rotating in the opposite direction (arrow 115). With respect to the symmetry axis 117, the flank 123 of each displacer element is constructed symmetrically. In the preferred embodiment of the symmetrically configured profile shown in FIG. 8, a cycloid profile is used.

図８に示されているような対称の輪郭は、好ましくは圧力側のディスプレーサ要素112 に設けられている。   A symmetrical profile as shown in FIG. 8 is preferably provided in the displacer element 112 on the pressure side.

更に３以上のディスプレーサ要素を設けることが可能である。これらのディスプレーサ要素は、場合によっては異なる頭部直径及び対応する基部直径を有してもよい。この点において、より大きな頭部直径を有するディスプレーサ要素が、入口、つまり吸込み側の領域でより大きな吸込み能力を実現する、及び／又は固有の体積比を増加させるように、入口、つまり吸込み側に配置されていることが好ましい。更に、上述した実施形態の組合せが可能である。例えば、一若しくは複数のディスプレーサ要素が軸と一体に製造されてもよく、又は追加のディスプレーサ要素が軸から独立して製造され、その後、軸に取り付けられてもよい。   It is possible to provide more than two displacer elements. These displacer elements may optionally have different head diameters and corresponding base diameters. In this regard, a displacer element having a larger head diameter may provide greater suction capacity in the inlet, i.e., the region on the suction side, and / or increase the inherent volume ratio at the inlet, i.e., the suction side. It is preferable that they are arranged. Furthermore, combinations of the above-described embodiments are possible. For example, one or more displacer elements may be manufactured integrally with the shaft, or additional displacer elements may be manufactured independently from the shaft and then attached to the shaft.

Claims (8)

吸込チャンバ(12)に配置された２つのロータ要素(14)と、
前記ロータ要素(14)を夫々支持している２本のロータ軸(22)と、
前記吸込チャンバ(12)から延びている１つの軸端部(28)に夫々配置されている２つの歯付ベルトホイール(38)と、
前記ロータ軸(22)を駆動する駆動手段(42)と、
前記駆動手段(42)及び前記歯付ベルトホイール(38)に連結された歯付ベルトと
を備えており、
±0.75°、特には±１°を超える２つのロータ要素間の円周方向バックラッシュが設けられていることを特徴とするドライ圧縮真空ポンプ。 Two rotor elements (14) arranged in the suction chamber (12);
Two rotor shafts (22) respectively supporting the rotor element (14);
Two toothed belt wheels (38) respectively disposed at one shaft end (28) extending from the suction chamber (12);
Drive means (42) for driving the rotor shaft (22);
A toothed belt connected to the driving means (42) and the toothed belt wheel (38),
A dry compression vacuum pump characterized in that a circumferential backlash between two rotor elements exceeding ± 0.75 °, in particular ± 1 °, is provided. 特に１〜10mbarの動作点での前記ドライ圧縮真空ポンプの最大容積効率が、少なくとも75％であり、特には少なくとも85％であることを特徴とする請求項１に記載のドライ圧縮真空ポンプ。   2. The dry compression vacuum pump according to claim 1, characterized in that the maximum volumetric efficiency of the dry compression vacuum pump, in particular at an operating point of 1-10 mbar, is at least 75%, in particular at least 85%. 反対方向に回転する前記ロータ軸(22)を同期させるために、前記歯付ベルト(40)は両面歯付ベルトとして構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライ圧縮真空ポンプ。   3. The dry compression vacuum according to claim 1, wherein the toothed belt (40) is configured as a double-sided toothed belt in order to synchronize the rotor shaft (22) rotating in the opposite direction. pump. 前記歯付ベルトは、前記２つの歯付ベルトホイール(38)間に延びていることを特徴とする請求項３に記載のドライ圧縮真空ポンプ。   A dry compression vacuum pump according to claim 3, characterized in that the toothed belt extends between the two toothed belt wheels (38). 前記２つの歯付ベルトホイールの歯隙間は0.15mmより大きく、特に0.2 mmより大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のドライ圧縮真空ポンプ。   The dry compression vacuum pump according to any one of claims 1 to 4, wherein a tooth gap between the two toothed belt wheels is larger than 0.15 mm, particularly larger than 0.2 mm. 前記ロータ軸(22)はグリース潤滑された軸受(32)によって支持されており、１つのグリース潤滑軸受(32)が、好ましくは前記軸端部(28)が貫通するハウジング壁(30)に前記ロータ軸(22)毎に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のドライ圧縮真空ポンプ。   The rotor shaft (22) is supported by a grease-lubricated bearing (32), and one grease-lubricated bearing (32) is preferably inserted into the housing wall (30) through which the shaft end (28) passes. The dry compression vacuum pump according to any one of claims 1 to 5, wherein the dry compression vacuum pump is provided for each rotor shaft (22). 大気に対して圧縮し、少なくとも200 mbarの絶対圧の真空を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のドライ圧縮真空ポンプ。   The dry compression vacuum pump according to any one of claims 1 to 6, wherein the dry compression vacuum pump is compressed against the atmosphere to generate a vacuum having an absolute pressure of at least 200 mbar. 好ましくはハウジング壁(30)に設けられたベルト引張手段を更に備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のドライ圧縮真空ポンプ。   8. The dry compression vacuum pump according to claim 1, further comprising belt tension means preferably provided on the housing wall (30).
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