干式真空泵 技术领域 本发明涉及一种干式真空泵， 该真空泵包括安装在润滑支承轴承和泵级之间用于 对润滑剂进行密封的装置。 本发明尤其适用于包括两个旋转凸轮轴的罗茨干式真空泵或爪 型干式真空泵， 或者螺旋式或螺杆式泵或以另外的相似原理工作的泵。
背景技术 这种泵通常包括一个或多个串联安装的泵级， 其中待泵送的气体在进气口和排气 口之间流动。现有技术的真空泵包括旋转的凸轮泵又称为双凸轮或三凸轮罗茨泵， 和双爪 泵也称为爪型泵。
旋转的凸轮泵包括具有相同轮廓且在定子内部以相反的方向旋转的两个转子。 在 转动期间， 所泵送的气体被截获于限定在转子和定子之间的自由空间内， 由转子驱动到后 续级或在第一级后被驱动到排气口。 运行时， 在转子和定子之间不产生任何机械接触， 因此 在泵级中可能完全没有油。
转子通过旋转轴承载， 该旋转轴通过在轴端安装的马达驱动室的润滑支承轴承来 支撑。该马达驱动室通过用于对润滑剂进行密封的装置与泵级隔离开， 由此旋转轴总是易 于旋转的。
在运转时， 轴在润滑支承轴承中的转动会产生润滑剂雾， 当遭受压力变化时， 该润 滑剂雾存在向泵级迁移的风险。现在， 必须的是在称为 “干式” 运行的应用中不应当在泵级 中存在油或油脂的痕迹， 所述应用例如为半导体基底的制造方法。
现有技术中已经存在对润滑剂进行密封的装置， 该装置包括润滑剂偏转器或挡板 和称为唇形密封的摩擦密封环。 润滑剂偏转器安装在位于润滑支承轴承和摩擦密封环之间 的旋转轴上， 并在运行中与该旋转轴相连接地转动。偏转器通过离心力的作用使润滑剂偏 转并通过小管将该润滑剂输送到马达驱动室的底部， 所述小管的入口定位成面对润滑剂偏 转器的端部， 所述小管的出口通向马达驱动室的底部。这个装置保持限定在马达驱动室内 部的润滑剂。如果润滑剂残余物仍将越过润滑剂偏转器， 那么摩擦密封环形成第二安全元 件。然而， 这种安全措施经证明是不充分的。生产产量的增加导致真空泵工作温度的增加， 这也使得摩擦密封环更为易碎。此外， 摩擦密封环的任一侧压力变化的反复增加—这与流 过润滑剂偏转器的润滑剂的腐蚀相关联—可能导致摩擦密封环的过早磨损， 并且需要以更 接近的间隔保养， 每次中断涉及半导体制造装置的停机和真空泵的停机， 这样的成本太高。
发明内容 本发明的一个目的是提供一种干式真空泵， 该真空泵包括润滑剂密封装置， 该密 封装置安装在润滑支承轴承 ( 被润滑的支承轴承 ) 和泵级之间， 该真空泵的使用寿命增加。
为此， 本发明的对象是干式真空泵， 该真空泵包括 ：
- 至少一个泵级，
- 通过润滑支承轴承支撑的至少一个旋转轴，
- 至少一个润滑剂偏转器 ( 转向器， 导流器 ) 和至少一个安装在旋转轴上的密封 环， 该密封环安装在润滑剂偏转器和泵级之间， 该润滑剂偏转器安装在润滑支承轴承和密 封环之间，
- 第一贮存器， 该第一贮存器包含液体润滑剂的第一储备， 该第一储备在第一容积 中与润滑支承轴承连通，
- 润滑剂飞溅单元， 该润滑剂飞溅单元在第一贮存器中安装在该旋转轴上， 该润滑 剂飞溅单元的一端浸入 ( 浸浴 ) 在液体润滑剂的第一储备中。
该真空泵具有第二贮存器， 该第二贮存器包括液体润滑剂的第二储备， 该第二贮 存器与第一贮存器通过分隔壁隔开， 该分隔壁具有连通孔， 该连通孔使得液体润滑剂的第 一和第二储备相互连通。一具有一个入口的润滑剂返回通道定位成朝向所述润滑剂偏转 器， 该润滑剂返回通道在液体润滑剂的第二储备上方开口通入第二贮存器的第二容积中。
在运行期间， 包含第一润滑支承轴承和润滑剂飞溅单元的第一容积具有内部雾状 环境， 该环境包括气体和润滑剂的混合物， 它特别是通过润滑剂飞溅单元的转动产生， 并使 得真空泵的滚柱轴承能被润滑。 该环境通过分隔壁与润滑剂返回通道所通入的第二贮存器 的环境隔开。由于第二贮存器既不包含润滑剂飞溅单元， 也没有任何其他的在真空泵的运 行期间运动的转动元件， 因此它在液体润滑剂上方具有没有任何润滑剂雾的平静的气体环 境， 液相和气相彼此很好地分离。 因此， 当从润滑支承轴承将润滑剂雾吸到泵级中时， 润滑剂通过离心力的作用被 润滑剂偏转器偏转入润滑剂返回通道， 直到注入被隔离的第二贮存器的液体润滑剂的储备 中。此后， 在压力平衡阶段中， 当润滑支承轴承中的压力大于泵级中的压力时， 已下降到贮 存器底部的润滑剂进入润滑剂的第二储备中， 处于比润滑剂返回通道的开口低的水平 ( 高 度 )， 不能上升到该通道中。相反地， 第二贮存器中的位于液体润滑剂的水平方法的 “干” 气 体—即无润滑剂的气体—将充满润滑剂返回通道， 并恢复密封装置两侧的压力平衡。第二 贮存器的分离因此阻止包含在润滑支承轴承的含油 ( 润滑油 ) 的环境内的雾状润滑剂空气 在运行中进入润滑剂返回通道。
第二贮存器和所述润滑剂返回通道例如构造在所述真空泵的马达驱动室的壳体 内。
所述分隔壁中的轴的通道的传导性和润滑剂返回通道的开口处的传导性被校准 以引导润滑剂返回通道内的气流从第二容积到润滑剂偏转器。
通过对传导性的值的这种校准， 当泵级中的压力下降时， 与在隔离的第二贮存器 的第二容积中的下降相比， 该压力在包括润滑支承轴承的第一容积中下降地更快。第二容 积因而相对第一容积保持轻微的超压。干的气体于是将快速通过润滑剂返回通道， 并在其 中加速直到润滑剂返回通道的入口， 由此在润滑剂偏转器上形成干气体的障碍 ( 屏障 )。 这 个过程促使气流的加速度在润滑剂返回通道中增加， 从第二容积到润滑剂偏转器的增加要 大于从第一容积到第二容积的增加。
例如规定分隔壁中轴通道的直径和旋转轴的直径之间的间隙小于 3 毫米， 优选为 大约 2 毫米。还规定润滑剂返回通道的开口的内径的尺寸小于 5 毫米， 优选为大约 4 毫米。
可以在润滑剂偏转器的外周端部之前在壳体内构造环形槽， 所述环形槽与所述润 滑剂返回通道的入口连通。
根据一实施例， 真空泵具有由相应润滑支承轴承支撑的两个旋转轴。所述润滑剂 返回通道则可包括与第一润滑支承轴承相关联的第一通道部分、 与第二润滑支承轴承相关 联的第二通道部分以及为所述第一和第二通道部分共用的通道部分， 以便保持两个润滑支 承轴承上的润滑剂的平衡。
例如， 润滑剂返回通道具有在所述第一通道部分和所述第二通道部分之间的连通 槽， 并且所述润滑剂返回通道包括连接元件， 该连接元件与所述连接槽接合并通向一接合 管。所述连接元件可以包括封闭所述连通槽的板和偏心的接合管， 该接合管从所述板垂直 地伸出。 附图说明
本发明其他的细节和特征根据下面的说明将显现， 所述说明通过实例给出以非限 制性方式并参考附图作出， 在附图中 ：
- 图 1 是真空泵的一部分的纵向截面图，
- 图 2 是马达定子的立体图和真空泵的马达驱动室的油箱 ( 从马达侧看 ) 处于分 解状态的立体图，
- 图 3 是图 2 的油箱的后视图 ( 从齿轮侧看 )，
- 图 4 是与图 3 中从齿轮侧看的油箱的视图类似的视图， 其中设置有连接元件，
- 图 5 是润滑支承轴承的元件的立体图， 和
- 图 6 是图 5 的元件处于装配状态下的示意图。
在这些图中， 相同的元件具有相同的附图标记。 具体实施方式
图 1 到 6 示出一种具有两个罗茨型旋转凸轮轴的干式真空泵的示范性的实施例。 自然地， 本发明还可以用于其他种类的干式真空泵， 例如 “爪” 型、 螺旋或螺杆泵或者基于任 何其他相似原理的泵。
真空泵 1 具有一个或多个串联安装的泵级 2， 其中待泵送的气体从进气口到输出 口 ( 未示出 ) 循环。旋转轴 3( 仅能从图 1 中看到一个 ) 通过旋转的凸轮转子 4 延伸入泵 级 2 中， 并在真空泵 1 的马达驱动室 5 内的输出级侧被驱动。泵级 2 之所以称为干式是因 为在其运行时， 转子 4 在壳体 6 内部以相反的方向旋转， 并在转子 4 和真空泵 1 的壳体 6 之 间没有任何机械接触， 因此能够完全没有润滑剂。
如图 1 所示的真空泵水平地运行， 即， 在该真空泵的运行期间， 旋转轴 3 基本与地 面的平面平行。
旋转轴 3 在轴的端部通过两个润滑支承轴承 ( 未示出 ) 支撑—例如在吸入级通过 油脂进行润滑， 并且在输出级侧上通过马达驱动室 5 的两个润滑支承轴承 7a、 7b 支撑—例 如通过液体润滑剂如油进行润滑。润滑支承轴承 7a、 7b 具有滚柱轴承 9 以引导和支撑旋转 轴 3。
真空泵 1 具有容置在马达驱动室 5 内的马达 ( 未示出 ) 以及安装在相应的旋转轴 3 上的齿轮装置 ( 未示出 )， 以便以同步的方式驱动主动轴和传动轴。
真空泵 1 具有第一贮存器 28， 该第一贮存器包括液体润滑剂的第一储备 16a。第一贮存器 28 与润滑支承轴承 7a 在第一容积 V1( 图 1 中虚线所示 ) 内连通。
真空泵 1 还具有在第一贮存器 28 内安装在旋转驱动轴 3 上的润滑剂飞溅单元 11， 该润滑剂飞溅单元 11 的一端浸入液体润滑剂的第一储备 16a 内。润滑剂飞溅单元 11 例如 采取同轴地安装旋转轴 3 上的盘状件的形式。在运行期间， 驱动轴 3 的转动驱动润滑剂飞 溅单元 11 的转动， 因此在支承轴承 7a、 7b 内产生润滑剂雾， 该雾使得真空泵 1 的滚柱轴承 9 能被润滑。
此外， 真空泵 1 还包括用于对润滑剂进行密封的装置， 以阻断从马达驱动室 5 到泵 级 2 的润滑剂通道。该密封装置具有安装在相应转动轴 3 上的密封环 13 和润滑剂偏转器 12( 图 1 和图 5)， 该密封环 13 安装在润滑剂偏转器 12 和泵级 2 之间， 该润滑剂偏转器 12 安装在密封环 13 和润滑支承轴承 7a、 7b 之间。
密封环 13 例如是双唇型摩擦密封环。
润滑剂偏转器 12 与旋转轴 3 相连接地转动， 由此使得润滑剂和来自润滑支承轴承 7a、 7b 的颗粒能通过离心作用转向例如环形槽 14， 该环形槽 14 形成在马达驱动室 5 的面向 润滑剂偏转器 12 的外周端部的壳体内 ( 尤其见图 1 和图 5)。润滑剂偏转器 12 例如采取与 旋转轴 3 同轴安装的盘状件的形式。 真空泵 1 具有构造在真空泵 1 的壳体 6 内的第二贮存器 15， 该第二贮存器 15 包括 液体润滑剂例如油的第二储备 16b。第二贮存器 15 与第一贮存器 28 通过分隔壁 20 隔开， 该分隔壁 20 具有使第一和第二液体润滑剂储备 16a 和 16b 连通的连通孔 34。真空泵 1 的 润滑剂返回通道 17 具有入口 18， 该入口 18 面向润滑剂偏转器 12 并例如在环形槽 14 内。 润滑剂返回通道 17 在润滑支承轴承 7a、 7b 的下方延伸入马达驱动室 5 的体部的壳体内， 并 在润滑剂流体的第二储备 16b 的上方通过开口 19 通入该第二贮存器 15 的第二容积 V2 内。
在运行期间， 包含润滑支承轴承 7a、 7b 的第一容积 V1 和润滑剂飞溅单元 11 具有 起雾的内部环境， 该雾具有气体和润滑剂的混合物， 它一般由油润滑的空气特别是通过润 滑剂飞溅单元 11 的转动而产生。该环境通过分隔壁 20 与润滑剂返回通道 17 通入其中的 第二贮存器 15 的第二容积 V2 的环境隔开。由于第二贮存器 15 未包含任何润滑剂飞溅单 元或任何在真空泵 1 的运行期间运动的转动元件， 因此它具有在液体润滑剂 16b 上方的、 没 有任何润滑剂雾的平静的气体环境， 液相和气相被很好地彼此分离。
因此， 当润滑剂雾被从润滑支承轴承 7a、 7b 吸到泵级 2 中时， 该润滑剂通过润滑剂 偏转器 12 偏转入环形槽 14 中， 然后通过离心力的作用进入润滑剂返回通道 17， 直到其注入 到第二贮存器 15 的液体润滑剂的第二储备 16b 中。
此后， 在压力平衡阶段—其中润滑剂支承轴承 7a、 7b 中的压力大于泵级 2 中的压 力， 液体润滑剂的第二储备 16b 中的液体润滑剂已经下降到第二贮存器 15 的底部并处于比 润滑剂返回通道 17 的开口 19 更低的高度， 该润滑剂不能在该通道中上升。相反地， 第二贮 存器 15 中的位于液体润滑剂的水平上方 “干的” 气体， 即无润滑剂的气体， 将充满润滑剂返 回通道 17， 并恢复密封装置两侧的压力平衡。 第二贮存器 15 的分离因此阻止包含在润滑支 承轴承 7a、 7b 的含油环境内的带有润滑剂雾的空气在运行中进入到润滑剂返回通道 17。
为此， 根据图 1 到图 6 示出的实施例， 马达驱动室 5 的壳体包括例如驱动定子 21、 油箱 22 和例如由铸铁制成的端部凸缘 23( 或 HP( 高压 ) 支承件 )—它们组装在一起， 以及 分隔壁 20， 该分隔壁将第二贮存器 15 的第二容积 V2( 在图 1 中以点充满 ) 与第一容积 V1
隔开， 该第一容积 V1 包括第一贮存器 28 和润滑支承轴承 7a、 7b。
分隔壁 20 在图 2 中更明显， 该分隔壁 20 例如固定接合到油箱 22 上， 该油箱 22 与 驱动定子 21 组装在一起。驱动定子 21 和油箱 22 的组装构成在底部具有液体润滑剂的第 二储备 16b 的第二容积 V2。该组装通常利用 O 形环 24 和紧固装置完成。驱动定子 21 还具 有用于利用制冷剂冷却马达的装置 26。这些装置部分地由一树脂件隐藏， 在该树脂件中沿 驱动轴的旋转轴线形成有轴向容腔 27， 以容置驱动转子 ( 未示出 )。
由组装在一起的油箱 22 和端部凸缘 23 形成的第一容积 V1 的底部包括液体润滑 剂的第一储备 16a， 以便润滑润滑支承轴承 7a、 7b 的转动元件 ( 图 3 和图 5)。
图 3 示出油箱 22 背面的注入孔 30。该注入孔 30 可以在油箱的顶部右侧角处看 到， 并与第一容积 V1 连通。注入孔 30 由塞子 31 阻断。还可以在油箱 22 的底部右侧角处 看到基准标志， 其指示液体润滑剂的设定液位 N。该基准标志对应于形成在边缘的油箱 22 的透明部分 ( 在图 3 中不可见 )， 以引导使用者将液体润滑剂 16a 填充到设定的液位 N。油 箱 22 还具有被阻断并且与底部 28 连通的排放孔 32 以及用于排空真空泵 1 的被阻断的容 器部分 33。
如可在图 2 中看到的， 分隔壁 20 具有位于液体润滑剂的设定液位 N 下方的连通孔 34， 以使液体润滑剂的第一和第二储备 16a、 16b 达到相同液位。连通孔 34 因此位于润滑剂 流体返回通道 17 的开口 19 的下部。本发明由此通过用于填充、 排放和清空油箱 22 的装置 确保液体润滑剂的第二储备 16b 的液位并同时确保液体润滑剂的第一储备 16a 的液位。 此外， 分隔壁中的轴通道 35 的传导性和润滑剂返回通道 17 的开口 19 的传导性被 校准到引导气流从第二容积 V2 到润滑剂偏转器 12， 进入润滑剂返回通道 17 内。
通过对传导性的该校准， 当泵级 2 中的压力下降时， 它在包括润滑级 7a、 7b 的第一 容积 V1 中比在第二贮存器 15 的第二容积 V2 中下降地更快。第二容积 V2 因而保持比第一 容积 V1 略高约 2bar 的压力。干的气体于是将快速通过润滑剂返回通道 17 并在其中获得 加速直到润滑剂返回通道 17 的入口 18， 由此在润滑剂偏转器 12 上形成干的气体的阻碍。 因此， 气流的加速度在润滑剂返回通道 17 中增加， 从第二容积 V2 到润滑剂偏转器 12 的增 加要大于从第一容积 V1 到第二容积 V2 的增加。
第一容积 V1 和第二容积 V2 之间的传导性由形成在驱动轴 3 和分隔壁 20 中的轴 通道 35 之间的空间限定。例如规定轴通道 35 的直径和旋转轴 3 的直径之间的间隙将小于 3 毫米， 优选约为 2 毫米。还可以规定润滑剂返回通道 17 的开口 19 的内径的尺寸将小于 5 毫米， 优选约为 4 毫米。
因此， 轴通道 35 处的小空间有利于第二容积 V2 中的压力超过第一容积 V1， 润滑剂 返回通道 17 的低的传导性有利于润滑剂流体返回通道 17 中的干的气体的加速度， 因此能 够在润滑剂偏转器 12 上形成气体障碍。
还可设想使润滑剂返回通道 17 包括与第一润滑支承轴承 7a 相关联的第一通道 部分 17a、 与第二润滑支承轴承 7b 相关联的第二通道部分 17b 以及为第一和第二通道部分 17a、 17b 共用的通道部分 17c。通道部分 17a 和 17b 每个都具有位于环形槽 14 中的入口， 它朝向与相应润滑支承轴承 7a、 7b 相关联的润滑剂偏转器 12。润滑剂流体返回通道 17 因 此在第一和第二润滑支承轴承 7a、 7b 之间连通， 以便保持这两个润滑支承轴承 7a、 7b 中润 滑剂的平衡。
为此， 如图 5 所示， 润滑剂返回通道 17 具有在第一通道部分 17a 和第二通道部分 17b 之间的连通槽 36。该润滑剂返回通道 17 还具有连接元件 37， 该连接元件 37 与连通槽 36 组装并通向接合管 38。一旦连接元件 37 接合在油箱 22 和端部凸缘 23 之间， 接合管 38 就通过开口 19 从分隔壁 20 通向第二容积 V2。
连接元件 37 包括例如一板 39 和一接合管 38， 该板封闭连通槽 36， 该接合管偏离 板 39 的中心并从该板 39 垂直地伸出。接合管 38 偏离中心以使旋转元件例如驱动轴 3 的 润滑支承轴承 7a 的润滑剂飞溅单元 11 能够转动。
润滑剂通过润滑剂返回通道 17 和通过润滑支承轴承 7a、 7b 向密封装置的转移因 此被限制， 由此确保润滑剂不会在未经润滑剂偏转器 12 处理的情况下绕过马达驱动室 5 的 润滑支承轴承 7a、 7b 直接到达密封环 13， 这将增加密封环 13 的使用寿命。
虽然说明书中已经给出了设置在真空泵的输出侧的密封装置和液体润滑剂贮存 器， 但该密封装置和液体润滑剂贮存器也可同等地放置在吸入或入口侧， 在具有最低压力 的级的端部， 将润滑剂替换为油脂。