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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-18
(54)【発明の名称】噛合ランニングギアにおけるギア摩耗検出法
(51)【国際特許分類】
F16H 55/06 20060101AFI20240311BHJP
F16H 55/12 20060101ALI20240311BHJP
【ＦＩ】
F16H55/06
F16H55/12 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023559799
(86)(22)【出願日】2022-03-29
(85)【翻訳文提出日】2023-09-27
(86)【国際出願番号】 EP2022058187
(87)【国際公開番号】W WO2022207587
(87)【国際公開日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】2104557.0
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507102296
【氏名又は名称】ライボルト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Ｌｅｙｂｏｌｄ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｂｏｎｎｅｒ Ｓｔｒ． ４９８， Ｄ－５０９６８ Ｋｏｅｌｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100171675
【弁理士】
【氏名又は名称】丹澤 一成
(72)【発明者】
【氏名】シラー ディルク
(72)【発明者】
【氏名】シェーンヴァルト フレディ
【テーマコード（参考）】
3J030
【Ｆターム（参考）】
3J030BA01
3J030BB03
3J030BB07
3J030BC01
3J030BC02
3J030BD09
(57)【要約】
第１のランニングギア及び第２のランニングギアを備えた、特にデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアが提供され、少なくとも第１のランニングギアは第１のギアホイール及び第２のギアホイールをそれぞれ含む。第１ギアホイール及び第２ギアホイールは軸方向に直接接触して配置され、第１ギアホイールは同一寸法の所定数の第１の歯を含み、第２ギアホイールは所定数の第２の歯を備え、所定数の第２の歯は少なくとも１つである。所定数の第１の歯の全てが、所定数の第２の歯の寸法よりも所定量だけ大きい寸法を有する。第１のギアホイールは、第１の弾性率を有する材料で作られている。第２のギアホイールは、第２の弾性率を有する材料で作られており、第１の弾性率及び第２の弾性率は異なっている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のランニングギア（１０）及び第２のランニングギア（２０）を備えた、特にデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアであって、少なくとも前記第１のランニングギア（１０）が、第１のギアホイール（１１）及び第２のギアホイール（１２）を含み、
前記第１のギアホイール（１１）及び前記第２のギアホイール（１２）は軸方向に配置されており、
前記第１のギアホイール（１１）は、同一寸法の所定数の第１の歯（ｎ１１）を備え、前記第２のギアホイール（１２）は、所定数の第２の歯（ｎ１２）を備え、前記所定数の第２の歯（ｎ１２）は、少なくとも１つであり、
前記所定数の第２の歯（ｎ１２）は、前記所定数の第１の歯（ｎ１１）の寸法よりも所定量（ｗ）だけ小さい寸法を有し、
前記第１のギアホイール（１１）は、第１の弾性率（Ｅ）を有する材料で作られ、前記第２のギアホイール（１２）は、第２の弾性率（Ｅ’）を有する材料で作られ、前記第１の弾性率（Ｅ）及び前記第２の弾性率（Ｅ’）は異なる、
ことを特徴とする、噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペア。
【請求項2】
前記所定量（ｗ）は、最大許容摩耗量に対応する、請求項１に記載の噛合ランニングギアのペア。
【請求項3】
前記第１ギアホイール（１１）及び前記第２ギアホイール（１２）が、同一シャフト上に軸方向に離間して配置されているか、又は互いに直接接触して配置されている、請求項１又は２に記載の噛合ランニングのペア。
【請求項4】
前記第１の弾性率（Ｅ）を有する材料が、ポリマー材料であり、前記第２の弾性率（Ｅ’）を有する材料が、金属材料である、請求項１に記載の噛合ランニングギアのペア。
【請求項5】
前記第２の歯の所定数（ｎ１２）は、１よりも大きく、前記第１の歯の所定数（ｎ１１）より小さい、請求項１～４の何れか一項に記載の噛合ランニングギアのペア。
【請求項6】
請求項１～５の何れか一項に記載の、デュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアとを備えた真空ポンプシステムであって、前記デュアル又はマルチシャフト真空ポンプ（３０）は、
モータ（３１）と、
第１のシャフト（３２）及び少なくとも１つの第２のシャフト（３３）と、
を備え、
前記第１のシャフト（３２）及び前記第２のシャフト（３３）は、好ましくは共通の駆動ベルト（３４）を介して前記モータ（３１）によって同期駆動され、
前記第１のシャフト（３２）がポンプ要素（３２１）を有し、前記第２のシャフト（３３）が、前記第１のシャフト（３２）の前記ポンプ要素（３２１）と協働して気体媒体を入口（３５）から出口へ搬送するようにするポンプ要素（３３１）を有し、
前記第１のシャフト（３２）は前記第１のランニングギア（１０）を含み、前記第２のシャフト（３３）は前記第２のランニングギア（２０）を含む、
ことを特徴とする真空ポンプシステム。
【請求項7】
第１の動作モード（ｍ１）において、前記第２のランニングギア（２０）が前記第１のギアホイール（１１）とのみ直接接触しており、第２の動作モード（ｍ２）において、前記第１のギアホイール（１１）の寸法が材料摩耗に起因して所定量（ｗ）だけ減少した場合に、前記第２のランニングギア（２０）が前記第２のギアホイール（１２）と直接接触しており、
前記第１の動作モード（ｍ１）中に前記第１のランニングギア（１０）及び前記第２のランニングギア（２０）によって生成されるサウンドの第１の周波数スペクトル（ｆ１）は、前記第２の動作モード（ｍ２）中に前記第１のランニングギア（１０）及び前記第２のランニングギア（２０）によって生成されるサウンドの第２の周波数スペクトル（ｆ２）とは異なる、
請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
通常運転中、前記ランニングギア（１０，２０）は互いに接触しない、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項9】
請求項６～８の何れか一項に記載の真空ポンプシステムを備え、ギア摩耗検出デバイスを更に備えた装置であって、前記ギア摩耗検出デバイス（４０）は、前記ランニングギア（１０、２０）によって生成されるサウンドを検出するように構成された検出モジュール（４１）を備え、
検出された前記サウンドの周波数スペクトルを分析するように構成された分析モジュール（４２）を更に備え、
分析された前記周波数スペクトルの変化に応じて、前記ランニングギア（１０、２０）の摩耗を判定するように構成された判定モジュール（４３）を更に備える、
装置。
【請求項10】
前記判定モジュール（４３）は、前記分析された周波数スペクトルが、前記第２の動作モード（ｍ２）において前記ランニングギア（１０、２０）によって生成される前記周波数スペクトル（ｆ２）と等しいか否かを判定するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
前記ギア摩耗検出デバイス（４０）は更に、前記分析された周波数スペクトルが、前記第２の動作モード（ｍ２）において前記ランニングギア（１０、２０）によって生成された前記第２の周波数スペクトル（ｆ２）と等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するように構成されたディスプレイモジュール（４４）を備える、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項12】
前記ギア摩耗検出デバイス（４０）は、携帯端末（５０）である、請求項９～１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項13】
好ましくは請求項１～５の何れかに記載の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのギア摩耗検出方法であって、前記方法は、
ランニングギア（１０、２０）から発生するサウンドを検出するステップ（Ｓ１）と、
検出された前記サウンドの周波数スペクトルを分析するステップ（Ｓ２）と、
分析された前記周波数スペクトルの変化に応じて前記ランニングギア（１０、２０）の摩耗を判定するステップ（Ｓ３）と、
を含む、方法。
【請求項14】
前記決定するステップ（Ｓ３）は、分析された前記周波数スペクトルが、前記第２の動作モード（ｍ２）において前記ランニングギア（１０、２０）によって生成された周波数スペクトル（ｆ２）と等しいかどうかを判定するステップを含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記方法は更に、前記周波数スペクトルが、前記第２の動作モード（ｍ２）において前記ランニングギア（１０、２０）によって生成される前記周波数スペクトル（ｆ２）と等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するステップ（Ｓ４）を含む、
請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特にデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の、噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアに関する。更に、本発明は、噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアを備えた真空ポンプシステム、及びこのような真空ポンプシステムを備え、更にギア摩耗検出デバイスを備えた装置に関する。更に、本発明は、好ましくはデュアル又はマルチシャフト真空ポンプの、噛合ランニングギアにおけるギア摩耗検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
噛合オイルフリーランニングギアにおける公知のギア摩耗検出は、ギア構成要素の検査及びギア摩耗パラメータの測定を含み、これは通常、運転の中断と、ランニングギアを含む機械の部分的な分解とを必要とする。
【0003】
ギア摩耗検出のための既知の解決策の１つの欠点は、運転の中断及びランニングギアを含む機械の検査によって引き起こされる高コストである。他の欠点としては、機械部品の複雑な分解及び再組立て、及びギアの摩耗が時間内に検出されない場合の噛合オイルフリーランニングギアを備えた機械の潜在的な故障が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、噛合ランニングギアにおけるギア摩耗検出のための効率的で信頼性の高い解決策を提供することで、従来技術の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本目的は、請求項１に記載された、特にデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペア、請求項７に記載のデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ及び噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアを備えた真空ポンプシステム、請求項１０に記載の真空ポンプシステム及びギア摩耗検出デバイスを備える装置、並びに請求項１４に記載の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのギア摩耗検出方法によって達成される。
【0006】
本発明による好ましくはデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合ランニングギアのペアは、互いに噛合する第１のランニングギア及び第２のランニングギアを備え、少なくとも第１のランニングギアは、第１のギアホイール及び第２のギアホイールを含む。第１のランニングギアの第１のギアホイール及び第２のギアホイールは、軸方向に配置されている。このようにして、第１のランニングギアの２つのギアホイールは、第２のランニングギアと噛み合うように構成された単一のランニングギアを構築する。ここでは、好ましくは、噛合ランニングギアはオイルフリーで運転される。
【0007】
本発明によれば、第１のギアホイールは、同一寸法の所定数の第１の歯を備え、第２のギアホイールは、少なくとも１つの第２の歯を備え、第２の歯は、第１の歯の寸法よりも所定量だけ小さい寸法を有する。第１のランニングギア及び第２のランニングギアが噛み合うように設計されているので、第１の歯及び第２の歯は、第２のランニングギアに接触面を提供する。好ましくは、第１の歯及び第２の歯の所定量ｗの寸法差は、第１のランニングギア及び第２のランニングギアが噛み合っているときに、第１の歯及び第２の歯の直接接触している部分に関係する。
【0008】
更に、本発明によれば、第１のギアホイールは、第２のギアホイールの材料の弾性率とは異なる弾性率を有する材料で作られている。第１のギアホイールが、第２のギアホイールの材料の弾性率とは異なる弾性率を有する材料で作られているので、第１のギアホイール及び第２のギアホイールのそれぞれの音響特性は異なるものとなる。特に、第１のギアホイールと接触する第２のランニングギアによって生じるサウンドの音響周波数スペクトルは、第２のギアホイールと接触する第２のランニングギアによって生じるサウンドの音響周波数スペクトルとは異なる。これにより、検出された音響周波数スペクトルの差異を介してギアの摩耗を検出できるという利点がある。
【0009】
好ましくは、第２の歯の寸法が第１の歯に対する寸法よりも小さい所定量は、最大許容摩耗量に対応する。このことは、最大許容摩耗に達したときにのみ、第２の歯が第２のランニングギアの歯と接触し、最大許容摩耗に達する前には、第１のギアホイールの第１の歯のみが第２のランニングギアの歯と接触するという利点を有することができる。両方の状況において、ギアの摩耗を判定するのに適した特徴的なサウンドが発生する。
【0010】
好ましくは、第１のギアホイール及び第２のギアホイールは、同一シャフト上に軸方向に離隔して配置されるか、又は互いに直接接触して配置される。好ましくは、第１のギアホイール及び第２のギアホイールは、第２のギアホイールが第１のギアホイールに永久的に固着するように、サンドイッチ構造で設計される。
【0011】
好ましくは、第１の弾性率を有する材料は、ポリマー材料であり、第２の弾性率を有する材料は、金属材料である。これは、これらの材料が異なる弾性率を有し、異なる音響特性を有するという利点を有することができる。このことは、ポリマーから作られたギアホイールが、金属から作られた嵌め合いのギアホイールと組み合わせて無潤滑で運転できるという追加の利点を有することができる。
【0012】
好ましくは、第２のランニングギアは、第１のランニングギアの第２のギアホイールの材料と同じ弾性率Ｅ’を有する材料で作られる。このことは、第２のランニングギアが第１のギアホイール又は第２のギアホイールにそれぞれ接触していることに応じて、２つの異なる周波数スペクトルを生成するために、２つの異なる材料のみを使用すればよいという利点がある。更に、摩耗は主に第１のギアホイールに存在する。更に、これは、第１のギアホイールが第２のランニングギアと直接接触する場合に、低い摩耗率を達成できるという利点を有することができる。
【0013】
好ましくは、第２の歯の所定数は、１よりも大きく且つ第１の歯の所定数以下である。これにより、最大許容摩耗量に達する前及び達したときに発生するサウンドの周波数の区別を改善できるという利点を有することができる。第２の歯の数を選択することにより、指示周波数を、真空ポンプなどの装置の固有周波数から離れた下側の周波数にシフトさせることができる。
【0014】
本発明によれば、デュアル又はマルチシャフト真空ポンプと、上述した噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペアとを備えた真空ポンプシステムが提供される。デュアル又はマルチシャフト真空ポンプは、モータ、第１のシャフト及び少なくとも１つの第２のシャフトを備え、第１のシャフト及び第２のシャフトは、モータによって同期して駆動される。第１のシャフトはポンプ要素を有し、第２のシャフトはポンプ要素を有し、これらのポンプ要素は、第１のシャフトのポンプ要素と協働して気体媒体を入口から出口まで搬送する。
【0015】
本発明によれば、第１シャフトは第１のランニングギアを含み、第２シャフトは第２のランニングギアを含む。最大許容摩耗量に達する前及び達したときに第１及び第２のランニングギアによって生成される異なる音響周波数スペクトルにより、それぞれのギアの摩耗は、運転を中断したり分解したりすることなく、適時に検出することができる。従って、ギア摩耗によって引き起こされるポンプ又はポンプ部品の重大な損傷を防止することができる。
【0016】
好ましくは、第１のシャフト及び少なくとも１つの第２のシャフトは、共通の駆動ベルトを介して駆動される。ここでは、第１のランニングギア及び第２のランニングギアは、真空ポンプの非常ランニングギアとして機能することができる。
【0017】
好ましくは、第１のシャフト及び第２のシャフトの一方のみが、駆動ベルトを介してモータによって駆動され、第１のシャフト及び第２のシャフトは、第１のランニングギア及び第２のランニングギアによって同期される。これにより、第１のランニングギア及び第２のランニングギアは、第１シャフト及び第２シャフトを同期させる真空ポンプのランニングギアとして機能することができるという利点がある。最大許容摩耗に達する前及び達したときに第１及び第２のランニングギアから発生する異なる音響周波数スペクトルに起因して、それぞれのギアの摩耗は、運転の中断又は何らかの分解なしで、適時に検出することができる。従って、ギア摩耗によって引き起こされるポンプ又はポンプの部品の重大な損傷を防止することができる。好ましくは、第１シャフト又は第２シャフトの一方を駆動する駆動ベルトはＶベルトである。
【0018】
好ましくは、システムは、２つの動作モードを含む。第１の動作モードでは、第２のランニングギアは、第１のギアホイールとのみ直接接触する。第２の動作モードでは、材料の摩耗により第１のギアホイールの寸法が所定量減少した場合に、第２のランニングギアが第２のギアホイールと直接接触する。更に、第１の動作モード中に第１のランニングギア及び第２のランニングギアによって生成されるサウンドの第１の周波数スペクトルは、第２の動作モード中に第１のランニングギア及び第２のランニングギアによって生成されるサウンドの第２の周波数スペクトルと異なる。このことは、第１の動作モードにおいて、真空ポンプが深刻な損傷を受ける危険性なしに、真空ポンプが依然として運転を継続できるという利点を有する可能性がある。第２の周波数スペクトルが検出された場合、真空ポンプ及びその構成要素の保護を確実にするために、必要な保守措置を講じることができる。
【0019】
好ましくは、通常運転中、ランニングギアは互いに接触していない。この場合、ランニングギアは、非常動作モードにおいてのみ互いに接触する非常ランニングギアとして機能する。これには次の利点がある。すなわち、本発明による真空ポンプシステムでは、第１のシャフトが第１のランニングギアを含み、第２のシャフトが第２のランニングギアを含む。第１シャフト及び第２シャフトは、それぞれ、好ましくは共通の駆動ベルトを介してモータによって同期的に駆動又は回転される。ここで、駆動ベルトは、特に歯付きベルトである。駆動ベルトが２つのシャフトの回転の同期を維持することができない場合、ポンプ要素が互いに接触して損傷するのを防ぐために、備え付けの非常用ランニングギアがシャフトの必要な同期を実行する。駆動ベルトの故障は、例えば断裂、もしくは駆動ベルトが歯付きベルトとして設計されている場合は、例えば摩耗に起因する歯の損失もしくは摩耗又は駆動ベルトの伸びによって発生する可能性がある。駆動ベルトは、その寿命の過程で本質的に一定の摩耗を生じるので、駆動ベルトによってシャフトの同期が行われるデュアル又はマルチシャフト真空ポンプの確実な運転は、駆動ベルトが故障した場合に必要な同期を確保する非常ランニングギアを設けることによって実施可能である。
【0020】
本発明によれば、上述のような真空ポンプシステムを備え、更にギア摩耗検出装置を備えた装置が提供される。本発明によるギア摩耗検出デバイスは、ランニングギアによって生成されるサウンドを検出するように構成される検出モジュールを備え、更に、検出されたサウンドの周波数スペクトルを分析するように構成される分析モジュールを備える。ギア摩耗検出デバイスは、分析された周波数スペクトルの変化に応じてランニングギアの摩耗を判定するように構成された判定モジュールを更に備える。これにより、真空ポンプシステムの運転の中断又は分解を必要とすることなく、音響周波数スペクトルを検出及び分析するように構成されたギア摩耗検出デバイスを介して、ギアの摩耗を容易で確実に且つ自動的に検出することができるという利点を有することができる。
【0021】
好ましくは、装置の判定モジュールは、第２の動作モードにおいてランニングギアによって生成される検出周波数スペクトルの偏差を判定するように構成される。これにより、ギア検出デバイスが、第１の非常動作モードと第２の非常動作モードとを区別することができ、分析された周波数スペクトルの変化に基づいてギアの摩耗を適時に判定することができ、真空ポンプシステムの更なる動作を保証するために必要な保守措置を講じることができるという利点を有することができる。
【0022】
好ましくは、ギア摩耗検出デバイスは更に、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードにおいてランニングギアによって生成される第２の周波数スペクトルと等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するように構成されるディスプレイモジュールを備える。これは、ギア摩耗検出デバイスによってギアの摩耗が検出された場合に、ギア摩耗検出デバイスを操作するユーザが、ユーザによる検出信号の手動分析及び／又は連続的な観察を必要とせずに、関連する情報を受け取るという利点を有することができる。従って、ギア摩耗が検出されたというディスプレイ情報により、ユーザは、分析周波数スペクトル及び／又はギア摩耗を示す周波数変化の判定に熟練する必要がない。
【0023】
好ましくは、ギア摩耗検出デバイスは携帯端末である。これは、ギア摩耗検出を操作するユーザが特定の場所又は現場に拘束されないという利点を有することができる。ギア摩耗検出デバイスとして構成されたモバイル端末は、異なる運用現場の異なる真空ポンプシステムに使用することができる。更に、携帯端末は、コンパクトであり、使用が容易である。
【0024】
本発明によれば、噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアにおけるギア摩耗検出方法が提供される。本方法は、ランニングギアから発生するサウンドを検出するステップ及び検出されたサウンドの周波数スペクトルを分析するステップを含む。本方法は更に、分析された周波数スペクトルの変化に応じて、ランニングギアの摩耗を判定するステップを含む。これにより、真空ポンプシステムの運転中断又は分解を必要とすることなく、ギアの摩耗を容易且つ確実に検出できるという利点がある。従って、コストを削減でき、連続運転を保証することができる。
【0025】
好ましくは、判定するステップは、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードにおいてランニングギアによって生成される周波数スペクトルと等しいか否かを判定するステップを含む。これにより、安全な運転が依然として確保される第１の非常動作モードと、真空ポンプシステムへの深刻な損傷が予想される第２の非常動作モードとを区別できるという利点がある。従って、分析された周波数スペクトルの変化に基づいてギアの摩耗を適時判定することができ、真空ポンプシステムの故障のない運転を更に確実にするために必要な保守措置を講じることができる。
【0026】
好ましくは、本方法は更に、周波数スペクトルが、第２の動作モードにおいてランニングギアによって生成される周波数スペクトルと等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するステップを含む。これは、ギアの摩耗が検出された場合に、手動による分析及び／又は検出された信号の継続的な観測を必要とすることなく、ユーザが対応する情報を受け取ることになるという利点を有することができる。従って、表示されたギア摩耗の通知によって、ユーザは問題を解決するための適切な措置をとることができる。ここで、ユーザは、分析周波数スペクトル及び／又はギア摩耗を示す周波数変化の判定に熟練している必要はない。従って、ギア摩耗検出の複雑さが軽減され、ギア摩耗検出プロセスの効率を向上させることができる。
【0027】
好ましくは、本方法は、上述したような装置を用いて実施される。装置の特徴は、方法の具体的な詳細を更に提供するために使用することができる。
【0028】
以下において、本発明について、添付図面を参照しながら、好ましい実施形態によってより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明による噛合ランニングギアのペアを示す図である。
【図4】本発明による真空ポンプシステムを示す図である。
【図5】本発明によるギア摩耗検出デバイスを示す図である。
【図6】好ましい実施形態による真空ポンプシステム及びギア摩耗検出デバイスの概略図である。
【図7】本発明による噛合ランニングギアにおけるギア摩耗検出方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
図１に示されるような、好ましくはデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合ランニングギアのペアは、互いに噛み合うように設計された２つのランニングギア１０、２０を含む。
【0031】
図１に示すように、少なくとも第１のランニングギア１０は、２つの構成要素、すなわち、軸方向に配置されて互いに直接接触している第１のギアホイール１１及び第２のギアホイール１２を含む。
【0032】
更に、第１のランニングギア１０は、所定数の歯ｎ１０を含み、第２のランニングギア２０は、所定数の歯ｎ２０を含む。ここで、第１のランニングギア１０は、第１のギアホイール１１の所定数の第１の歯ｎ１１と、第２のギアホイール１２の所定数の第２の歯ｎ１２を含む。ここで、第２ギアホイール１２の所定数の第２の歯ｎ１２は、少なくとも１つである。
【0033】
図１の例では、第２の歯の所定数ｎ１２は、第１の歯の所定数ｎ１１と等しい。
【0034】
更に、第１ギアホイール１１の第１の歯ｎ１１は同一寸法である。換言すれば、第１ギアホイール１１の第１の歯ｎ１１は全て同じ大きさ及び形状を有している。図３に詳細に示すように、第２ギアホイール１２の第２の歯ｎ１２は、第１ギアホイール１１の第１の歯ｎ１１の寸法よりも所定量ｗだけ小さい寸法を有している。ここで、所定量ｗは、最大許容摩耗量に相当する。図１～図３に示される実施例では、第１及び第２のギアホイール１１，１２は、最大許容摩耗量に対応する所定量ｗまでの寸法の相違を除いて、同じ数の歯ｎ１１，ｎ１２を有し、また実質的に同じ形状を有するように設計されている。ここで、最大許容摩耗量は、以下により詳細に説明されるように、２つのシャフトのポンプ要素間の互いに接触することなく相対移動する最大量に対応する。
【0035】
図１～図３に示す実施例では、第１のギアホイール１１は、第１の弾性率Ｅを有する材料で作られ、第２のギアホイール１２は、異なる第２の弾性率Ｅ’を有する材料で作られている。更に、実施例では、第２のランニングギア２０は、第１のランニングギア１０の第２のギアホイール１２の材料と同じ弾性率Ｅ’を有する材料で作ることができる。
【0036】
【0037】
異なる弾性率を有する材料は、それらの音響特性に差異を示す。更に、異なる弾性率を有する材料から作られた物体が互いに接触することによって発生する音響サウンドの周波数スペクトルは、同じ弾性率を有する材料から作られた物体が互いに接触することによって発生する音響サウンドの周波数スペクトルとは異なる。
【0038】
第１の動作モードｍ１では、材料の摩耗に起因して、第１のギアホイール１１の寸法が所定量ｗだけ小さくなるまで、第２のランニングギア２０は第１のギアホイール１１にのみ直接接触している。この第１の動作モードｍ１では、弾性率Ｅを有する第１のギアホイール１１及び異なる弾性率Ｅ’を有する第２のランニングギア２０の接触に起因して、第１の音響周波数スペクトルｆ１が生成される。
【0039】
第２の動作モードｍ２では、材料の摩耗に起因して第１のギアホイール１１の寸法が量ｗだけ減少すると、第２のランニングギア２０は、第２のギアホイール１２と直接接触する。この第２の動作モードｍ２では、弾性率Ｅ’を有する第１のギアホイール１２と同じ弾性率Ｅ’を有する第２のランニングギア２０との接触に起因して、第１の周波数スペクトルｆ１とは異なる第２の音響周波数スペクトルｆ２が生成される。
【0040】
従って、上記の例において、第２のランニングギア２０及び第１のランニングギアが互いに接触する場合、第２のランニングギア２０は、最初に、第１のランニングギア１０の第１のギアホイール１１にのみ接触することになる。材料の摩耗に起因して、第１のギアホイールの寸法が小さくなると、第２のランニングギア２０は、第１のランニングギア１０の第２のギアホイール１２と接触するようになる。ここで、検出されたサウンドの周波数スペクトルに変化が生じることになり、これを連続的に検出及び分析することができる。第２のランニングギア２０が第１及び第２のギアホイール１１，１２にそれぞれ接触することによって生じる周波数スペクトルの差異に応じて、ギア摩耗の兆候が提供される。
【0041】
このように、異なる動作モードｍ１，ｍ２においてランニングギア１０，２０によって生成される音響周波数スペクトルの変化の検出を通じて、ランニングギア１０，２０を備えた機械の動作の中断又は分解を必要とすることなく、ギアの摩耗を判定することができる。
【0042】
別の好ましい実施形態では、第２のギアホイール１２の第２の歯の所定数ｎ１２は、第１のギアホイール１１の第１の歯の所定数ｎ１１よりも小さい。ここで、異なる動作モードｍ１，ｍ２中の２つの周波数スペクトルｆ１，ｆ２の更に良好な差別化を達成することができる。
【0043】
図４は、デュアル又はマルチシャフト真空ポンプ３０及び上記の何れかによる噛合ランニングギア１０，２０のペアを備えた、本発明による真空ポンプシステムを示している。ここでは、真空ポンプは、スクリューポンプ、クローポンプ、ルーツポンプ又は同様のものとして構築することができる。好ましくは、噛合ランニングギアは、オイルフリーランニングギアとして構築される。
【0044】
図４に示すデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ３０は、モータ３１、第１のシャフト３２及び少なくとも１つの第２のシャフト３３を備える。第１のシャフト３２及び第２のシャフト３３は、好ましくは共通の駆動ベルト３４を介してモータ３１により同期駆動される。更に、第１のシャフト３２はポンプ要素３２１を有し、第２のシャフト３３はポンプ要素３３１を有し、これらのポンプ要素は、第１のシャフト３２のポンプ要素３２１と協働して、気体媒体を入口３５から出口まで搬送する。
【0045】
本発明によれば、第１シャフト３２は第１のランニングギア１０を含み、第２シャフト３３は第２のランニングギア２０を含む。
【0046】
ここでは、通常運転中、第１シャフト３２の第１のランニングギア１０及び第２シャフト３３の第２のランニングギア２０は互いに接触していない。換言すれば、ランニングギア１０，２０は、非常用ランニングギアとして設計されており、例えば摩耗、歯抜け又は駆動ベルト３４の断裂による駆動ベルト３４の伸びが生じた場合に、ポンプ要素３２１，３３１が互いに接触しないようにし、ポンプ要素３２１，３３１の重大な損傷を防止する。
【0047】
更に、第１の動作モードｍ１において図４に示す実施例では、第２のランニングギア２０は、第１のギアホイール１１にのみ直接接触している。ここで、第１の動作モードｍ１は、真空ポンプシステムの第１の非常動作モードに対応する。この第１の動作モードｍ１では、第２のギアホイール１２の所定数の第２の歯ｎ１２の寸法は、第１ギアホイール１１の所定数の第１の歯ｎ１１の寸法よりも小さい。
【0048】
第２の非常動作に対応する第２の動作モードｍ２では、材料の摩耗に起因して、第１のギアホイール１１の寸法が所定量ｗだけ小さくなると、第２のランニングギア２０が第２のギアホイール１２に直接接触する。摩耗は、第１の歯ｎ１１の形状を第２の歯の形状にし、又は少なくとも第２の歯の形状に近づける。ここでは、第２の歯ｎ１２の寸法によって、ポンプ要素３２１、３３１の非接触動作が保証される。
【0049】
第１の動作モードｍ１の間に第１のランニングギア１０及び第２のランニングギア２０によって生成されるサウンドの第１の周波数スペクトルｆ１は、第２の動作モードｍ２の間に第１のランニングギア１０及び第２のランニングギア２０によって生成されるサウンドの第２の周波数スペクトルｆ２と異なっており、この差異は、ランニングギア１０、２０の摩耗を判定するために検出及び使用することができる。
【0050】
このように、図４に示される真空ポンプシステムにおいて、非常用ランニングギア１０、２０は、第１の非常動作モードｍ１において既に検出することができる異なる周波数スペクトルを生成するように構成され、従って、真空ポンプ３０の最適且つ安全な運転を保証するために、最適な時間ウィンドウにおいて適切な措置を講じるか又は講じる計画をすることができる。
【0051】
図５は、本発明によるギア摩耗検出デバイス４０の概略図であり、ランニングギア１０、２０によって生じるサウンドを検出するように構成された検出モジュール４１を備える。
【0052】
ギア摩耗検出デバイス４０は更に、検出されたサウンドの周波数スペクトルを分析するように構成された分析モジュール４２を備え、また、分析された周波数スペクトルの変化に応じてランニングギア１０、２０の摩耗を判定するように構成された判定モジュール４３を備える。
【0053】
ここで、ユーザは、ギア摩耗が生じたか否かをチェックするため、検出デバイスを能動的に又は計画された間隔で始動させるか、又は代替的にギア摩耗検出デバイスを連続的に作動させることができる。
【0054】
このように、図示されたギア摩耗検出デバイス４０を介して、ランニングギア１０、２０によって発生するサウンドを検出し、ギア摩耗が発生したか否かを判定することができる。
【0055】
図５に例示された実施例における判定モジュール４３は更に、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０，２０によって生成される周波数スペクトルｆ２と等しいか、又は第１の動作モードｍ１の周波数スペクトルから少なくとも偏差が生じるか否かを判定するように構成することができる。
【0056】
実施例において、ギア摩耗検出デバイス４０は更に、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０、２０によって生成される第２の周波数スペクトルｆ２と等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するように構成されたディスプレイモジュール４４を備える。
【0057】
図６は、本発明の実施形態を示し、ここでギア摩耗検出デバイスは携帯端末５０である。携帯端末５０は、何れかの動作モードにおいてランニングギア１０，２０によって生成されるサウンドを検出するように構成された検出モジュール５１を備える。一例では、携帯端末５０の検出モジュール５１は、内蔵マイク又は他の内部音声信号受信モジュールに相当する。別の実施例では、検出モジュール５１は、真空ポンプに直接取り付けることができる有線又は無線接続構成を介して携帯端末５０に接続される何れかの外部音声信号受信機とすることができる。更に、携帯端末５０は、検出モジュールによって検出されたサウンドの周波数スペクトルを分析するように構成された分析モジュール５２を備える。一例では、分析モジュール５２は、携帯端末５０にインストールされ実行される、音響信号の周波数スペクトルを分析するように構成された携帯端末アプリケーションである。代替的に、分析モジュール５２は、分析アプリケーションを含むサーバーデバイス上に構成され、インターネット接続を介して携帯端末５０によってアクセス可能である。更に、携帯端末５０は、分析された周波数スペクトルの変化に応じてランニングギア１０、２０の摩耗を判定するように構成された判定モジュール５３を備える。一例では、判定モジュール５３は、モバイルデバイス５０にインストールされたアプリケーションとすることができる。別の例では、判定モジュール５３は、携帯端末５０によってアクセスされるように構成された外部アプリケーションとすることができる。好ましくは、携帯端末５０の内部及び／又は外部の判定モジュール５３は、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０、２０によって生成される周波数スペクトルｆ２と等しいか、又は少なくとも第１の動作モードｍ１の周波数スペクトルから偏差が生じるか否かを判定するように構成される。
【0058】
図示された実施例において、携帯端末５０は、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０、２０によって生成された第２の周波数スペクトルｆ２と等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するように構成されたディスプレイモジュール５４を更に備える。一例において、ギア摩耗通知は、記述及び／又は発話されたテキストベースの通知、ランニングギア１０、２０によって生成されたサウンドの検出及び分析された周波数スペクトルを示す図及び／又はランニングギア１０、２０の検出されたギアを示すサウンド又は色ベースの情報の形とすることができる。一実施例では、ディスプレイモジュール５４は、携帯端末５０の内蔵ディスプレイに対応する。別の実施例では、ディスプレイモジュール５４は、ギア摩耗通知をユーザに表示するために携帯端末５０によってアクセスされるように構成された何れかの他の外部ディスプレイデバイスに対応する。
【0059】
一実施例によれば、携帯端末５０は、ランニングギア１０、２０によって生成されるサウンドの検出、検出されたサウンドの周波数スペクトルの分析、分析された周波数スペクトルの変化に応じたランニングギア１０、２０の摩耗の判定、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０，２０によって生成される第２の周波数スペクトルｆ２に等しい場合、又は第１の動作モードｍ１の周波数スペクトルから少なくとも偏差が生じた場合のギア摩耗通知のユーザへの表示、を開始するためにユーザによって操作されるように構成される。
【0060】
別の実施例によれば、携帯端末は、ランニングギア１０，２０によって生成されるサウンドの検出、検出されたサウンドの周波数スペクトルの分析、分析された周波数スペクトルの変化に応じたランニングギア１０，２０の摩耗の判定、及び分析された周波数スペクトルが第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０，２０によって生成される第２の周波数スペクトルｆ２と等しい場合に、ユーザへのギア摩耗通知の表示、を自律的に開始するように構成される。ここで、携帯端末５０の自律運転は、連続運転又は何れかの所定間隔内の運転とすることができる。
【0061】
図７は、本発明による噛合ランニングギアにおけるギア摩耗検出方法のフロー図である。ここでは、本方法は、ギア摩耗検出デバイス４０、すなわち携帯端末５０において実施することができる。
【0062】
本方法の第１のステップは、ランニングギア１０、２０によって発生するサウンドを検出するステップＳ１を含む。第２のステップでは、本方法は、検出されたサウンドの周波数スペクトルを分析するステップＳ２を含み、第３のステップでは、本方法は、分析された周波数スペクトルの変化に応じて、ランニングギア１０、２０の摩耗を判定するステップＳ３を含む。
【0063】
好ましくは、判定するステップＳ３は、分析された周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０、２０によって生成される周波数スペクトルｆ２に等しいか否かを判定するステップを含む。
【0064】
好ましい実施形態において、本方法は更に、周波数スペクトルが、第２の動作モードｍ２においてランニングギア１０、２０によって生成される周波数スペクトルｆ２と等しい場合に、ギア摩耗通知をユーザに表示するステップＳ４を含む。
【0065】
従って、特にデュアル又はマルチシャフト真空ポンプ用の噛合、好ましくはオイルフリーランニングギアのペア、デュアル又はマルチシャフト真空ポンプと噛合ランニングギアのペアとを備えた真空ポンプシステム、真空ポンプシステムを備え、更にギア摩耗検出デバイスを備えた装置、噛合ランニングギアを備えた機械の運転の中断及び分解をすることなく、噛合好ましくはオイルフリーランニングギアにおけるギア摩耗を簡単で効率的且つ確実に検出するための、上記噛合ランニングギアのペアのギア摩耗検出方法が提供される。従って、ギア摩耗検出のコスト及び複雑さが効果的に低減され、後にギア摩耗によって引き起こされる深刻な損害が防止される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】