專利名稱：雙軸真空泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空泵，包括兩個(gè)軸和兩個(gè)固定在軸上協(xié)同操作的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子借助于軸懸臂式支承。
所述這種泵、特別是螺旋式泵的開發(fā)者和制造者追求的目標(biāo)是，這種泵可以在制造成本合理的同時(shí)以盡可能高的轉(zhuǎn)速和盡可能小的間隙泄漏量運(yùn)轉(zhuǎn)，以便盡可能有效地達(dá)到產(chǎn)生真空之目的。為此先決條件是轉(zhuǎn)子的精確的支承并且即使在加熱狀態(tài)下也無(wú)間隙地固定在軸上。關(guān)于支承，考慮應(yīng)該懸臂式支承轉(zhuǎn)子。通常這借助于各兩個(gè)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)，一驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于它們之間。恰恰對(duì)于螺旋式真空泵，已證實(shí)這種支承型式是合乎目的的，因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)-在吸入側(cè)沒有密封，低成本的作為雙流式的方案-比起其缺點(diǎn)-對(duì)軸和支承的要求較高-來(lái)說(shuō)是主要的。
由于懸臂式支承的原因，轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到其軸上是成問(wèn)題的。
已知在懸臂式支承的情況下合乎目的的是，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的重心盡可能位于轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承的附近。這可以這樣來(lái)達(dá)到，即，為轉(zhuǎn)子選擇盡可能輕的材料，例如鋁。但鋁的熱膨脹系數(shù)(約為23×10-6/K)比鋼的熱膨脹系數(shù)(12×10-6/K)高得多，鋼在懸臂式支承的情況下作為軸材料是特別適宜的。鋼具有高的彈性模量，因此剛性軸的制造是可能的。在材料配對(duì)鋼/鋁的情況下難以實(shí)現(xiàn)在全部的工作溫度下(在環(huán)境溫度與約200℃之間)轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到軸上。當(dāng)然有可能由于膨脹問(wèn)題而采用有利的材料如鋼、鈦或陶瓷用于轉(zhuǎn)子。然而這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子很重(鋼)或很昂貴(鈦、陶瓷)。再者，鋁由于小的E模量也不適用于作為軸材料。
由DE-199 63 171 A1已知一種具有開頭所述特征的真空泵。其沒有進(jìn)一步討論即使在加熱狀態(tài)下轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到其軸上的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有開頭所述特征的真空泵，其最佳地實(shí)現(xiàn)這種真空泵的制造者和開發(fā)者的目標(biāo)。
按照本發(fā)明這個(gè)目的通過(guò)各權(quán)利要求的特征措施來(lái)達(dá)到。
由于軸由具有盡可能高的彈性模量的材料(例如鋼)制成，因此可靠地提供軸并從而轉(zhuǎn)子的精確的導(dǎo)向，從而在轉(zhuǎn)子本身與其殼體壁之間可以保持小的間隙。用于保證將轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到軸上的措施也具有這樣的作用。與軸材料相比輕的轉(zhuǎn)子材料可使泵以高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
保證將轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到其軸上的措施在全部的工作溫度下可以設(shè)計(jì)成不同的。在有關(guān)材料的膨脹系數(shù)差別較大的情況下，轉(zhuǎn)子和軸設(shè)計(jì)成使其通過(guò)熱定心、冷定心和/或摩擦定心確保無(wú)間隙。也可以用輪箍來(lái)阻止固定到鋼軸上的鋁轉(zhuǎn)子的較大的膨脹。最后可以有輔助的或獨(dú)立的冷卻，限制或防止接縫部位的溫度變化。
如上所述，采用具有大約相同膨脹系數(shù)的材料是簡(jiǎn)單的。為此本發(fā)明建議采用粉末冶金制成的鋁合金，其在合金中的主要成分是Cu或Si。鋼和這類鋁合金具有大約相同的膨脹系數(shù)(材料的密度-質(zhì)量)，從而通過(guò)常用方式的熱壓配合確保在全部的工作溫度下轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到軸上。
為了使分別由一轉(zhuǎn)子和一軸構(gòu)成的系統(tǒng)的重心盡可能鄰近轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承以便達(dá)到較高轉(zhuǎn)速，以下不同的措施可能是合乎目的的-轉(zhuǎn)子空心，鋼軸僅僅部分地插入該空心中；如果需要導(dǎo)通冷卻液，對(duì)此可以將具有小密度(例如塑料)的構(gòu)件安插于該空心孔中。
-短轉(zhuǎn)子；這在螺旋式泵中按本身已知的方式通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)程變化和/或通過(guò)深切入的轉(zhuǎn)子外形來(lái)達(dá)到。
-轉(zhuǎn)子側(cè)的軸的軸承設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的一個(gè)軸承側(cè)的凹槽中。
-軸的兩軸承O形布置(O-Anordnung)和/或游動(dòng)軸承位于軸的轉(zhuǎn)子側(cè)而固定軸承位于軸的遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的一側(cè)。
其他的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)將借助于

圖1至5中以簡(jiǎn)圖示出的實(shí)施例加以說(shuō)明。其中
在附圖中，轉(zhuǎn)子用1(或在圖2中圖1和2)、其軸用3(或3、4)表示。轉(zhuǎn)子懸臂式支承并配備有軸向空心，軸3、4的自由端伸入該空心孔中。轉(zhuǎn)子1、2分別無(wú)間隙地固定到該軸端上。
在按照?qǐng)D1的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子1具有兩個(gè)端面的空心5和6，它們大致在轉(zhuǎn)子的中間經(jīng)由一較小的孔7相互連通。在組裝的情況下，空心6的吸入側(cè)的孔由一盤8緊密地封閉，其例如-如圖中所示-借助于螺紋9擰緊于空心的孔中。
軸3端接于軸承側(cè)的空心5中，該軸在端面配備有軸向取向的凸緣11。在將空心5和6相連的小的孔7的區(qū)域配備具有軸向取向的凸緣13的環(huán)形的向內(nèi)延伸的凸出部分12，凸緣13的方向及直徑選擇成使其從內(nèi)部貼緊軸3的凸緣11。如果軸3由鋼制成，而轉(zhuǎn)子1由與鋼相比具有較大膨脹系數(shù)的鋁制成，并且在環(huán)境溫度下凸緣11、13相互無(wú)間隙地貼緊，則形成一內(nèi)面定心，其即使在較高溫度下仍保持無(wú)間隙。
為了連接轉(zhuǎn)子1和軸3，設(shè)有軸向螺釘14，其從空心6的方面是易于裝拆的。各螺釘穿過(guò)轉(zhuǎn)子1的凸出部分12擰緊于軸的凸緣11中。合乎目的的是為螺釘頭配置一環(huán)15，其由軸材料制成。借此除熱定心外還形成摩擦定心。
此外，為了減小溫度問(wèn)題，軸3和轉(zhuǎn)子1配備有冷卻通道系統(tǒng)。為此軸3具有一中心孔16。管件17位于該孔16中，其向內(nèi)延伸到空心6中并用于輸送冷卻劑。在空心6中構(gòu)成的、空心的(薄壁的)和/或輕的、固定在管件17上的內(nèi)部結(jié)構(gòu)18連通一外面的環(huán)形通道19，后者又經(jīng)由孔7與在空心5中由軸3與空心5的內(nèi)壁構(gòu)成的外面的環(huán)形通道21連通。經(jīng)由這些環(huán)形通道19、21并接著經(jīng)由位于軸中的由管件17與孔16內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)形通道23，冷卻劑回流。冷卻劑的反向流動(dòng)同樣也會(huì)是有意義的。
圖2中，轉(zhuǎn)子1、2在軸承側(cè)配備有凸緣25、26，它們從外面包圍軸3、4。如果轉(zhuǎn)子材料具有比軸較大的膨脹系數(shù)，則在溫度升高時(shí)其在這種方式的外面定心的情況下在轉(zhuǎn)子與軸之間出現(xiàn)間隙。為了避免這種情況而設(shè)有環(huán)27、28，它們本身包圍凸緣25、26。如果環(huán)27、28的材料的膨脹系數(shù)等于或甚至小于軸材料的膨脹系數(shù)，則在溫度升高時(shí)環(huán)27、28阻止凸緣25、26的膨脹并從而避免不希望的間隙。
設(shè)有相當(dāng)于按照?qǐng)D1的冷卻系統(tǒng)之冷卻系統(tǒng)。環(huán)形通道21、22延伸到凸緣25、26的區(qū)域內(nèi)。它們降低了出現(xiàn)的最高工作溫度并從而也排除間隙的危險(xiǎn)。
環(huán)27、28從外面配備有許多環(huán)形槽，其中具有未示出的活塞環(huán)，它們與外殼固定的環(huán)29、30共同構(gòu)成迷宮式密封31、32，其目的是防止軸承33、34的潤(rùn)滑劑蒸汽進(jìn)入螺旋式泵的輸送室35、36。
在按照?qǐng)D3的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)摩擦定心。為此采用一盤38，其首要目的是封閉空心5的吸入側(cè)的孔。盤38通過(guò)螺釘不僅與軸3(螺釘39)而且與轉(zhuǎn)子(多個(gè)螺釘41)固定式連接。如果轉(zhuǎn)子材料具有比軸3較大的膨脹系數(shù)并且盤38例如由軸材料制成，則該固定式螺釘連接在升高的溫度下阻止間隙的形成。
如圖3中所示，盤38可以配備有軸向取向的凸緣43，其插入空心5中。借此可以同時(shí)達(dá)到熱定心。為此需要將轉(zhuǎn)子1、軸3和盤38在加熱狀態(tài)下無(wú)間隙地組裝。由于所述的膨脹系數(shù)的比例，這樣的固定在溫度降低時(shí)仍保持無(wú)間隙。這對(duì)于無(wú)盤38的轉(zhuǎn)子/軸固定也是適用的。
轉(zhuǎn)子在軸上的固定也可以借助于壓配合連接實(shí)現(xiàn)。如果轉(zhuǎn)子由鋁而軸由鋼制成，則此時(shí)合乎目的的是，形成該壓配合連接時(shí)的周圍溫度大致相當(dāng)于雙軸真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子(1、2)的最高溫度。
這種方式的連接在全部雙軸真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工作溫度下都是無(wú)間隙的。
圖3中還示出，凸緣43和軸3的端面相互貼緊，優(yōu)選在軸3中外面的凹槽44內(nèi)部。在凸緣43與軸3的相互面對(duì)的接觸面之間具有調(diào)整環(huán)45。通過(guò)裝入不同厚度的調(diào)整環(huán)45，或還通過(guò)不同高度的凸緣43，可以確定轉(zhuǎn)子1相對(duì)于軸3的軸向位置。借此能夠調(diào)整轉(zhuǎn)子1相對(duì)于第二未示出的轉(zhuǎn)子的齒面間隙(Flanke-Flanke-Spiel)。盤38可以同時(shí)用于壓力平衡和/或用于轉(zhuǎn)矩傳遞(例如作為齒盤)。
圖3最后示出，可以將轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承33設(shè)置在轉(zhuǎn)子3中的軸承側(cè)的凹槽47中。一軸向延伸的軸承座48插入凹槽47中。冷卻通道系統(tǒng)(軸3中的孔16，管件17)延伸到軸承33，以便保持低的軸承溫度。
為了可靠地達(dá)到所希望的高轉(zhuǎn)速，合乎目的的是，軸的兩軸承33、51形成O形布置，如其在圖4中所示。在這種方式的軸承中，力作用點(diǎn)通過(guò)壓力角移到轉(zhuǎn)子重心的方向。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，游動(dòng)軸承33位于軸3的轉(zhuǎn)子側(cè)而固定軸承51位于軸3的遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子側(cè)也是合乎目的的。圖5示出這樣的配置。力作用點(diǎn)位于軸承中心。
權(quán)利要求
1.真空泵，包括兩個(gè)軸(3、4)和兩個(gè)固定在軸上協(xié)同操作的轉(zhuǎn)子(1、2)，其中轉(zhuǎn)子借助于軸懸臂式支承，其特征在于，所述軸(3、4)由具有盡可能高的彈性模量的材料例如鋼制成，而所述轉(zhuǎn)子(1、2)由具有盡可能小的密度的材料例如鋁或鈦合金制成，并且具有用于在全部的工作溫度下保證轉(zhuǎn)子(1、2)無(wú)間隙地固定到軸(3、4)上的措施。
2.按照權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，具有用于轉(zhuǎn)子(1、2)在其軸(3、4)上冷定心、熱定心和/或摩擦定心的措施。
3.按照權(quán)利要求2所述的泵，其特征在于，用于熱定心的措施包括轉(zhuǎn)子(1、2)上或軸(3、4)上的軸向延伸的凸緣部分(12、13)，并且轉(zhuǎn)子(1、2)的凸緣部分(13)位于內(nèi)面。
4.按照權(quán)利要求2所述的泵，其特征在于，用于摩擦定心的措施包括軸向取向的螺釘(14、39、41)，借此將轉(zhuǎn)子(1、2)和軸(3、4)相互連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(1、2)鉆成空心的，并且設(shè)有配置在轉(zhuǎn)子(1、2)的吸入側(cè)的盤(38)。
6.按照權(quán)利要求5所述的泵，其特征在于，所述盤(38)配備有插入轉(zhuǎn)子(1、2)的空心(5)中的凸緣(43)，其實(shí)現(xiàn)冷定心。
7.按照權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于，凸緣(43)和軸(3)相互支承，而且是通過(guò)一調(diào)整環(huán)(45)。
8.按照權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(1、2)配備有凸緣(25、26)，它們包圍所述軸(3、4)，并且設(shè)有輪箍(27、28)，其本身包圍凸緣(25、26)。
9.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，在軸(3、4)與轉(zhuǎn)子(1、2)之間的配合位置的高度內(nèi)有一冷卻裝置。
10.按照權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，轉(zhuǎn)子(1、2)和軸(3、4)的材料的膨脹系數(shù)是大致相同的。
11.按照權(quán)利要求10所述的泵，其特征在于，所述軸(3、4)由鋼、而所述轉(zhuǎn)子(1、2)由粉末冶金制成的鋁合金制成，在合金中其主要成分是Cu或Si。
12.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(1、2)具有一空腔，并且所述軸(3、4)僅僅部分地穿過(guò)該空腔。
13.按照權(quán)利要求12所述的泵，其特征在于，輕的構(gòu)件(18)位于未被軸(3、4)占用的空腔內(nèi)，該構(gòu)件引導(dǎo)冷卻劑流動(dòng)。
14.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(1、2)沿軸向方向盡可能短，并且具有從吸入側(cè)到壓力側(cè)導(dǎo)程漸小的螺紋。
15.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承(33)位于轉(zhuǎn)子(1、2)中的凹槽(47)中。
16.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，軸(3、4)的兩軸承(33、51)形成O形布置。
17.按照權(quán)利要求1至15之一項(xiàng)所述的泵，其特征在于，鄰近轉(zhuǎn)子(1、2)的軸承(33)為一游動(dòng)軸承，而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子(1、2)的軸承(51)為一固定軸承。
18.用于制造雙軸真空泵的一個(gè)單元的方法，該單元包括一個(gè)鉆成空心的鋁制轉(zhuǎn)子(1、2)和一個(gè)至少部分地穿過(guò)該空心(5)的鋼軸(3、4)，其特征在于，在轉(zhuǎn)子(1、2)與軸(3、4)之間形成壓配合連接，并且在形成該壓配合連接時(shí)的周圍溫度大致相當(dāng)于雙軸真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子(1、2)的最高溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空泵，包括兩個(gè)軸(3、4)和兩個(gè)固定在軸上協(xié)同操作的轉(zhuǎn)子(1、2)，其中轉(zhuǎn)子借助于軸懸臂式支承；為了即使在溫度變化時(shí)也能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無(wú)間隙地固定到軸上，建議軸(3、4)由具有盡可能高的彈性模量的材料例如鋼制成，而轉(zhuǎn)子(1、2)由具有盡可能小的密度的材料例如鋁或鈦合金制成，并且具有用于在全部的工作溫度下保證轉(zhuǎn)子(1、2)無(wú)間隙地固定到軸(3、4)上的措施。
文檔編號(hào)F04C18/16GK1446291SQ01813970
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者哈特穆特·克里恩, 洛塔爾·布倫納, 曼弗雷德·貝林, 托馬斯·德萊菲爾特, 克勞斯·羅法爾, 海因里?！ざ鱾惖聽? 米夏埃爾·弗羅伊茨海姆 申請(qǐng)人:萊博爾德真空技術(shù)有限責(zé)任公司