JP5368553B2

JP5368553B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP5368553B2
Application number: JP2011515148A
Authority: JP
Inventors: クニー，マーカス
Original assignee: Gardner Denver Schopfheim GmbH
Current assignee: Gardner Denver Schopfheim GmbH
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: WO2009156051A1; WO2009156051A8; US8147225B2; JP2011525582A; KR101580000B1; EP2304237B1; DE102008029822A1; EP2304237A1; CN102066755B; KR20110027707A; CN102066755A; US20090324437A1; ATE540224T1

Description

本発明は、ポンプと、ポンプ用バルブユニットに関する。特に、本発明は、真空ポンプ又は圧縮器それぞれと、この種の真空ポンプ又は圧縮器それぞれのための逆止めバルブユニットに関する。

周知のように、この種のポンプは、流体の供給に利用することができる。本開示においては、流体という用語は、液体、気体又は液体気体混合物などの媒体のことを言う。従来、逆止めバルブは、ポンプのスイッチを切った後の流体の逆流を防止するため、ポンプの吸引側に配置される。真空ポンプ内の逆止めバルブの配置は、単にポンプの吸引側が非常に低圧となる、という問題を引き起こす。逆止めバルブは、一方で確実な封止を提供しなくてはならないと同時に、他方では、圧力損失が全くないか、あっても非常に低くなくてはならない。微量の圧力損失でさえも、真空ポンプの達成可能な極限の真空度を低減させてしまう。

真空ポンプの多くは、バネ仕掛けの逆止めバルブを備えている。そこに使用されるバネは、若干の圧力損失を起こしはするものの、特別の流れの場合に容易に開放するように、逆止めバルブに対するバネ剛性が低くなければならない。ポンプのスイッチを切った後、バネは、弁座に弁体を軽くしかし封止するように押しつけなければならない。しかし、これらの特性を持つバネを安全に加工して製造することは非常に難しい。

ＫＲ２００１‐００６３３９９Ａは、バルブユニットを有するポンプを開示している。バルブユニットは、ポンプの吸引流路に配置されている。それには、ガイド体の中を移動可能に導かれるバルブと制限要素が含まれる。バルブと制限要素は一体的に形成されている。制限要素は、制限板を有する。圧縮バネは制限板に作用する。

ＵＳ２００３／０２３５５０８Ａ１は、吸気弁を有するポンプを開示する。各吸気弁はピストンを含み、ピストンの軸は、ガイド体の中を移動可能に導かれる。軸にはキーパが固定される。圧縮バネがキーパ及びガイド体に作用する。

ＧＢ２２８４４４９Ａに開示されるポンプは、２つのバルブユニットを有する。各バルブユニットは、ばね式バルブを支えるキャリア部材を含む。

ＷＯ２００６／０９６１７９Ａ１は、バルブユニットを有する圧縮器を開示する。バルブユニットはバルブを有する。バルブは、ガイド体の中を移動可能に導かれる軸を備える。圧縮バネはガイド体とバルブの先端の間に配置される。

本発明の目的は、特に、バルブユニットの使用における確実性が高く、安全な加工方法で製造可能なポンプを開発することである。本発明の他の目的は、ポンプに対応したバルブユニットを創造することである。

上記の目的は、請求項１乃至１３に記載された特徴を有する発明により達成される。本発明の本質は、制限要素を移動するように導くガイド体を有するバルブユニットを提供することにある。制限要素は、少なくとも１つの移動止めを有する。更に、好適には、バルブはガイド体を介して移動するように導かれる。

従属クレームに、本発明の更に好適な実施形態を示す。

以下、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明のポンプの斜視図を示しており、バルブユニットの吸引側が一部切り取り図で示される。図２は、図１の一部切り取り図に示すバルブユニットの拡大図を示す。図３は、本発明のバルブユニットの斜視図を示す。図４は、取り付け位置におけるバルブユニットの断面図を示し、バルブは封止位置にある。図５は、図４と同様の図を示しており、バルブは開放位置にある。

図１に示されるように、ポンプ１を作動させるための駆動モータ２が、ポンプ１にフランジ接続される。駆動モータ２は、従来の電気回転駆動装置である。

本実施形態においては、ポンプ１は、真空を作ることができる真空ポンプである。真空ポンプ１は、回転圧縮真空ポンプとして設計される。更に具体的には、真空ポンプ１は、回転翼型油回転真空ポンプである。しかし、本発明は、その他のポンプを使って実施してもよい。

図１乃至図５に示されるように、ポンプ１は、鋳造材料から成形され、空気口を備えたカバー４に囲まれたハウジング３を有する。ハウジング３内には、回転のためのロータが取り付けられた、実質的に閉塞された作動室５が配置される。ロータは、駆動モータ２の水平駆動軸により、水平中心長手軸を中心として回転駆動可能である。ロータは、回転翼ガイドを有しており、回転翼ガイドでは回転翼が移動するように導かれる。作動室５は、図面では部分的にのみ図示される。

供給又は圧縮される流体はそれぞれ吸引流路６を介して作動室５に入ることができ、吸引流路６は作動室５と流路が接続する（is in flow connection)。吸引流路６は、略円形の流断面を有し、コネクタ７により径方向に外側に向かって区画されている。コネクタ７は広い意味ではハウジング３の部品とみなされ、密封リング８により液密的(fluid-tight)にハウジング３の上部に設置される。コネクタ７及び吸引流路６は、共通の中心長手軸９を有する。

更に詳しく見ると、コネクタ７が、実質的に回転体として設計されることが明らかである。コネクタ７は、下向きの接触面１０を含み、接触面１０には密封リング８が配置される。接触面１０は、ハウジング３の対応する上面に対して、液密的に面接触する機能を有し、ハウジング３の対応する上面はハウジング３内の通流開口１１を囲む。

接触面１０は、内側固定部１２に隣接しており、移動部１３が続いている。移動部１３は、内側固定部１２よりもかなり長い。流断面は、移動部１３に亘ってほぼ一定である。移動部１３は、弁座部１４に隣接しており、その円形の流断面は徐々に縮小し、その結果、弁座部１４に隣接する中間部１５は移動部１３よりかなり小さい流断面を有する。移動部１３は、環状肩部５０を介して弁座部１４の内部に延びる。そして、中間部１５は、中間部１５より小さい流断面を有する外側入口部１６に隣接する。

コネクタ７は、入口部１６の自由端に正方形の端板１７を有し、端板１７はカバー４の対応する上部収納凹部１８内に配置される。端板１７は、４つの締め付けネジ１９によりハウジング３にねじ留めされる。

入口部１６、中間部１５、弁座部１４、中間部１３、固定部１２及び通流開口１１が共に吸引流路６を形成する。コネクタ７は一体に形成され、好適には鋳造材料から成形される。

吸引流路６には、吸引流路６内の流体の流れを制御するためのバルブユニットが配置される。ポンプ１の吸引側にこのように配置されたバルブユニットの機能は、特に、ポンプ１がもはや作動しない場合に、作動室５から吸引流路６を通って流体が逆流することを防止することである。

バルブユニットは、適切な位置に保持されるように固定部１２と係合するガイド体２１を含む。バルブユニットは、更に、ガイド体２１内で軸方向に移動するように導かれる制限要素２２と、ガイド体２１を通って軸方向に移動するように導かれるバルブ２３と、ガイド体２１及び制限要素２２に接する加圧要素２４を含む。バルブユニットは、吸引流路６の中心長手軸９とほぼ合致する中心長手軸２５を有する。以下に用いられる「軸方向」及び「径方向」という用語は、前記中心長手軸２５に関して述べられている。制限要素２２及びバルブ２３は、共通の中心長手軸２５に沿って軸方向に互いに相対的移動が可能である。

一体（one piece)に形成され、好適にはプラスチックからなるガイド体２１は、その中心に、軸方向に開口したガイドブッシュ２６を有し、ガイドブッシュ２６は円形の断面を有する収容室２７を径方向に外側に向かって区画する。ガイドブッシュ２６には３つの軸方向ガイド溝２８が形成され、ガイド溝２８は収容室２７から径方向に外側に向かって延びる。ガイド溝２８はガイドブッシュ２６の内壁２９の周囲に亘って互いに等間隔に配置され、中心長手軸２５に沿ってガイドブッシュ２６の軸方向の全高に亘って延びる。径方向の外側固定リング３１は、いくつかのキャリアウェブ３０を介してガイドブッシュ２６に接続され、固定リング３１はガイドブッシュ２６を囲む。キャリアウェブ３０は互いに等間隔に配置され、ガイドブッシュ２６から固定リング３１まで径方向に外側に向かって延びる。キャリアウェブ３０の間にはそれぞれ通流開口３２が配置され、通流開口３２はガイドブッシュ２６と固定リング３１により更に区画される。固定リング３１の高さは、ガイドブッシュ２６の高さより低い。固定リング３１の高さと外径は、固定リング３１が少なくとも部分的に固定部１２と係合できるような寸法に設計される。固定部１２に収容された固定リング３１は、ガイド体２１が吸引流路６内の規定の軸方向及び径方向の位置に確かに保持されるようにする。ガイド体２１は、軸方向に固定するためのスナップ取り付け式のボスを更に備えている。固定リング３１の下側接触面３３は離隔した接触突起５１の上に残り、接触突起５１はハウジング３の不可分な一部(integral parts)であり、通流開口１１の中心の方向に径方向に突出する。接触面３３はコンタクト７の接触面１０に揃えられる。更に、ガイド体２１とハウジング３又はコンタクト７の間の相対的回転もそれぞれ可能である。

制限要素２２も一体（one piece）に形成され、好適にはプラスチックからなる。制限要素２２は、上側キャリアリング３４を含み、キャリアリング３４は、周囲が閉じ、軸方向に開放した収容開口３５を径方向に外側に向かって区画する。キャリアリング３４からは、３つの支持ウェブ３６が径方向に外側に向かって突出する。支持ウェブ３６は、キャリアリング３４に亘って互いに等間隔で配置される。更に、３つのガイド脚部３７がキャリアリング３４から軸方向に下方に延びており、ガイド脚部３７は、その長さにわたって互いに一定の距離を有し、キャリアリング３４の周囲にわたって等距離に配置される。移動停止部３８はそれぞれのガイド脚部３７から径方向に外側に延び、ガイド脚部３７のそれぞれの下側の自由端に形成され、更に、上方に向いた停止面３９を備える。ガイド脚部３７は、収容室２７を貫通し、ガイド体２１のガイド溝２８と係合し、それにより軸方向の移動に導かれる。この係合が、ガイド体２１と制限要素２２の間の相対的回転を防止する。移動停止部３８は、ガイド体２１の下に配置される。ガイド体２１の底部には下向きの環状の停止面４０が形成され、停止面４０は移動停止部３８の上向きの停止面３９と相互動作が可能で、ガイドブッシュ２６の一部を形成するる。一方、キャリアリング３４は、ガイド体２１の上に配置される。

前述の加圧要素２４は、圧縮コイルばねである。一方では、前記加圧要素２４はガイド体２１の上部にあり、他方では支持ウェブ３６の裏面に接する。加圧要素２４は、キャリアリング３４を軸方向に固定されたガイド体２１から中心長手軸２５の方向に押しやる(push away)ことができる。加圧要素２４は、ガイド脚部３７の外側を囲んでおり、可能な限り低いバネ強度を有する。加圧要素２４は、ガイド体２１と制限要素２２の間で、取り外しできないように留められる。

一体（one piece)の逆止めバルブとして機能するバルブ２３は、上側弁体４１と、弁体４１から軸方向に下方に延びる弁軸４２を含む。弁体４１は、弁体４１の頂点がその中心４３に位置するように、中心４３から径方向に外側に向かい下方に傾斜した方向に延びる傘形状の構造を有する。弁体４１は径方向において外側の環状周辺領域４４を有し、周辺領域４４は、弁体４１が移動部１３内を前記周辺領域４４に沿って移動可能な寸法に設計される。封止リング４５は、弁体４１の周辺領域４４に収容される。バルブ２３が封止位置にある場合、封止リング４５は、弁体４１によって弁座部１４近傍の吸引流路６を液密的に封止するように、弁座部１４と連係して封止する。バルブ２３が開放位置にある場合、流体は移動部１３内の弁体４１周辺を流れることができる。

弁軸４２は、制限要素２２の収容開口３５及びガイド体２１の収容室２７を貫通する一方、内部で軸方向に移動可能であり、外側に開口し互いに等距離に配置された３つの軸方向のガイド溝４６を含む。ガイド溝４６は、弁軸４２と制限要素２２の間の相対的回転を防ぐよう、制限要素２２のガイド脚部３７と係合（in engagement）する。更に、いくつかの補強ウェブ４７が、弁軸４２から周辺領域４４に向かって径方向に外側に延びる弁体４１の裏面に形成される。

ポンプ１の、特にバルブユニットの機能を以下に説明する。既に述べたように、作動室５に配置されるロータは駆動モータ２により回転させることができるので、ポンプ効果又は圧縮効果をそれぞれ実現できる。この工程において、供給又は圧縮される流体はそれぞれ、作動室５内に流入方向２０で、即ち、吸引流路６を通って導かれる。流入方向２０に示されるように、流体が、入口部１６、中間部１５、弁座部１４、移動部１３及び固定部１２並びに通流開口１１を通過する。既に述べたように、バルブユニットは吸引流路６内に配置される。そして、流体は、ロータの回転翼の回転により作動室５の周囲を移動する。この供給工程において、流体は、隣接する２つの回転翼とハウジング３の間のそれぞれに閉じ込められ、回転翼とハウジング３がポンピングセルを形成し、その内部で回転中に流体が圧縮される。

流入する流体は、流入方向２０に作用する力を流体に対向する弁体４１の上面に印加し、その結果、封止リング４５が持ち上げられ弁座部１４から離れる。このようにして、図５に示すように、バルブ２３は弁座部１４に対して下方である開放位置に移動する。そして、流体は弁体４１周辺を、厳密に言えば、移動部１３内に配置された弁体４１の径方向に外側の周辺領域４４に沿って、間断なく流れることができる。そして、流体はガイド体２１に形成された通流開口３２を通り作動室５に入ることができる。作動室５に向かって流れる場合、流体は固定リング３１の外側の周囲も流れる。作動室５では、流体がロータに取り込まれた後、圧力流路又は放出路を通って作動室５から放出される。図１によれば、ポンプ１は、流体が通過するオイル除去装置４８を圧力側に更に備えている。洗浄後、流体は放出コネクタ４９を通りオイル除去装置４８から離れる。オイル除去装置４８は、オイル潤滑ポンプ１に関してのみ使用される。

また、図５に示すように、バルブ２３が開放位置にある場合、制限要素２２の停止面３９は持ち上げられ、ガイド体２１の停止面４０から離れる。加圧要素２４は圧縮され、これにより支持ウェブ３６の裏面に流入方向２０と反対方向の力を印加し、その結果、ガイド体２１から弁座部１４の方向に向けて制限要素２２に対して加圧要素２４による押圧力が作用することになる。バルブ２３が最大開放位置にある場合、ガイド体２１は制限要素２２用の軸方向の停止部を形成する。また、バルブ２３が最大開放位置にある場合、制限要素２２も軸方向の停止部を形成する。

流入流体の流速又は弁体４１に作用する力がそれぞれ減少すると、バルブ２３は、同様に移動する制限２２により、流入方向２０と反対方向の中心長手軸２５に沿って弁座部１４に向かって移動部１３に沿って移動する。これに必要とされる力は、支持ウェブ３６を介し加圧要素２４により制限要素２２に印加される。バルブ２３の弁体４１が支持ウェブ３６上に残り、これもまたバルブ２３を弁座部１４に向かって移動させる。バルブ２３はその封止位置に達しないが、前記封止位置から軸方向の距離を有する開放位置の移動部１３内に位置する。移動停止部３８の停止面３９は、ガイド体２１の停止面４０と面接触する。しかし、移動停止部３８又はそれらの停止面３９はそれぞれ、この流れの状態において、制限要素２２が加圧要素２４の最大長又は伸長のそれぞれを画定し、支持ウェブ３６の上部にある弁体４１又はその封止リング４５のそれぞれが弁座部１４と軸方向に間隔をあけるように配置される。その結果、制限要素２２がバルブ２３の封止位置に向かって加圧要素２４の軸方向の最大伸長を制限し、バルブ２３及び／又は弁体４１が、封止位置に向かって中心長手軸２５に沿って更に自由に移動する。ディスク４１は自重によって支持ウェブ上に残る。よって、加圧要素２４のバネ予張力が制限要素２２により完全に吸収されるため、ポンプ１の極限の真空が確実に達成される。

駆動モータ２のスイッチが切られポンプ１がそれ以上動作しないとき、弁体４１は、還流した流体及び吸引流路６内の圧力差により弁座部１４に対して押しつけられる。そして、封止リング４５は、弁座部１４と封止接触し、これにより吸引流路６を介して弁体４１を通る流体の逆流を防ぐ。弁体４１は軸方向に隔たった位置に持ち上げられ、支持ウェブ３６から離れる。上述の位置とは反対に、弁体４１は、制限要素２２により、流入方向２０と反対に中心長手軸２５に沿って移動する。バルブ２３の封止位置には、弁体４１が軸方向に離隔した位置に持ち上げられ支持ウェブ３６から離れた場合にのみ達する。弁体４１が持ち上げられ支持ウェブ３６から離れてその封止位置に達した場合、制限要素２２とバルブ２３の間には軸方向の相対的移動が生ずる。バルブ２３は、前記軸方向の封止移動を制限する停止部を備えていない。封止位置では、吸引流路６が完全に封止されるように、封止リング４５が弁座部１４と液密的に接触する。加圧要素２４はポンプ１の達成可能な極限の真空度に影響しない。ここで、移動停止部３８の停止面３９も同様にガイド体２１の停止面４０と面接触する。

ポンプが再び動作する場合、弁体４１は、逆の順序で、吸引流路６を再び開放するために、弁座部１４を軸方向に遠ざかるように流入方向２０に移動させる。弁体４１がその封止位置を離れ支持ウェブ３６に近づくと、制限要素２２とバルブ２３の間には軸方向の相対的移動が生ずる。

加圧要素２４は、エラストマー材料からなるリング等の他の弾性要素から形成することができる。

上記実施の形態において、バルブユニットは、３つのガイド溝２８内で移動するように導かれる３つのガイド脚部３７からなる。更に、制限要素２２は、弁体４１を支持する３つの支持ウェブ３６からなる。あるいは、上述の部品の数が異なることも想到できる。バルブユニットは、例えば、上述の部品をそれぞれ２つ又は３つを超えて含んでよい。

Claims

（ａ）ハウジング（３）と、
（ｂ）前記ハウジング（３）内に位置し、流体を供給する作動室（５）と、
（ｃ）前記作動室（５）と流路が接続し、前記流体を前記作動室（５）に導く吸引流路（６）と、
（ｄ）前記吸引流路（６）に配置され、
ｉ）ガイド体（２１）と、
ｉｉ）前記ガイド体（２１）内を移動するように導かれ、移動を制限するための移動停止部（３８）を少なくとも１つ含む制限要素（２２）と、
ｉｉｉ）開放位置と封止位置の間で可動であって、前記吸引流路（６）内の前記流体の流れを制御し、移動するように導かれ、弁体（４１）とそれに接続された弁軸（４２）を含むバルブ（２３）であって、少なくとも前記１つの移動停止部（３８）が前記ガイド体（２１）に接触するように配置されたときに、前記制限要素（２２）が、前記バルブ（２３）の封止位置に向かって前記制限要素（２２）を押圧する加圧要素（２４）の軸方向の最大伸長を制限し、前記弁体（４１）が前記封止位置に向かって長手軸（２５）に沿って更に自由に移動し、前記弁体（４１）が前記制限要素（２２）の支持ウェブ（３６）から持ち上げられて離れた場合にのみ、前記封止位置に達する前記バルブ（２３）とを含むバルブユニットと、
（ｅ）前記作動室（５）と流路が接続し前記作動室（５）から前記流体を外へ導く圧力流路を備えたポンプ。
前記ガイド体（２１）は前記ハウジング（３）に固定して取り付けられることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
前記制限要素（２２）は前記加圧要素（２４）と協働する前記支持ウェブ（３６）を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
前記加圧要素（２４）は前記ガイド体（２１）に支持されることを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
前記ハウジング（３）に、前記バルブ（２３）が前記封止位置にあるとき前記弁体（４１）に接する弁座部（１４）が形成されることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
前記長手軸（２５）は前記制限要素（２２）及び前記バルブ（２３）の共通の中心長手軸（２５）であり、前記制限要素（２２）及び前記バルブ（２３）はそれに沿って移動可能であることを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
前記制限要素（２２）及び前記バルブ（２３）は前記共通の中心長手軸（２５）に沿って互いに対して移動可能であることを特徴とする請求項６記載のポンプ。
前記バルブ（２３）は前記ガイド体（２１）を介して移動するように導かれることを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
前記ガイド体（２１）及び前記制限要素（２２）は互いに相対的回転を防ぐように互いに係合することを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
前記制限要素（２２）及び前記バルブ（２３）は互いに相対的回転を防ぐように互いに係合することを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
前記制限要素（２２）は前記バルブ（２３）用の軸停止部を有することを特徴とする上記請求項の１つに記載のポンプ。
ポンプ用のバルブユニットであって、
（ａ）ガイド体（２１）と、
（ｂ）前記ガイド体（２１）内を移動するように導かれ、移動を制限するための移動停止部（３８）を少なくとも１つ含む制限要素（２２）と、
（ｃ）ｉ）開放位置と封止位置の間で可動であり、吸引流路（６）内での前記流体の流れを制御し、ｉｉ）移動するように導かれ、ｉｉｉ）弁体（４１）とそれに接続された弁軸（４２）を含み、ｉｖ）少なくとも１つの移動停止部（３８）が前記ガイド体（２１）に接触するように配置されたときに、前記制限要素（２２）が、前記バルブ（２３）の封止位置に向かって前記制限要素（２２）を押圧する加圧要素（２４）の軸方向の最大伸長を制限し、前記弁体（４１）が前記封止位置に向かって長手軸（２５）に沿って更に自由に移動し、前記弁体（４１）が前記制限要素（２２）の支持ウェブ（３６）から持ち上げられて離れた場合にのみ、前記封止位置に達し、ｖ）前記バルブ（２３）が前記封止位置にあるとき弁座部（１４）が前記弁体（４１）に接する、前記バルブ（２３）を備えたバルブユニット。