CN106064291A - 制造真空泵的构件的方法、真空泵的构件和真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造真空泵、尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件的方法，其特征在于，构件借助生成式制造方法来制造。

Description

制造真空泵的构件的方法、真空泵的构件和真空泵
技术领域
本发明涉及一种用于制造真空泵，尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件的方法，还涉及一种用于真空泵的构件以及一种真空泵，尤其是涡轮分子泵或摇杆式活塞泵。
背景技术
真空泵，例如涡轮分子泵或摇杆式活塞泵由多个构件组成。在此，一些构件可以具有负载的几何结构，从而制造它们是成本高昂的。在真空泵中，一些构件在运行中还承受很高的机械应力。构件的机械载荷能力主要取决于构件的材料。在真空泵中并且尤其在涡轮分子泵中，尤其高负载的构件通常由提供充足的材料强度的铝构成。
在制造真空泵的构件，尤其是从块体原材料铣削出的构件时，产生相对大量的废料。例如，在制造涡轮分子泵的泵级的转子盘或定子盘时，通过切削过程从块状原材料中切削了超过90％的初始材料。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种改进的制造真空泵的构件的方法，借助该方法也可以以快速、成本高效且具有很小的材料耗费的方式实现复杂的构件几何结构。此外，本发明的任务在于，提供一种用于真空泵的构件，其可以快速且成本高效地制造并且优选还具有很高的机械载荷能力。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法或通过具有权利要求8的特征的构件来解决。
根据本发明的用于制造真空泵、尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件的方法包括借助生成式制造方法(Generative Fertigungsverfahren)来制造构件。
对于生成式制造方法可以理解为通过体积元件、例如层拼合在一起的构件来制造或定型。在迄今为止的制造方法中，定型尤其通过转动或铣削来实现。在生成式制造方法中，可以取消这样的材料去除或者将再加工减小到很小的程度。此外，在生成式制造方法中，无需例如在铸件的情况下的铸模。
通过生成式制造方法尤其可以简单、快速且成本低廉地并且在使用在运行中具有高载荷能力的材料的情况下来制造真空泵的负载的构件。在此，生成式制造方法尤其是用于增材制造的根据标准化命名为AM的方法(德国工程师协会标准3404(VDI-Norm 3404))。
生成式制造方法优选包括的是，构件根据下列方法中的其中至少一种来制造：立体石版印刷、激光熔融、激光烧结、选择性激光烧结、层压法、挤出、熔融沉积造型、层片叠加造型或3D打印。上述的制造方法本身是公知的。
根据本发明的改进方案，构件基于至少一个计算机内部的构件数据模型来制造。计算机内部的数据模型例如可以是构件的3D-CAD体积模型，其在计算机或电脑中虚拟地产生。数据模型可以使使用者实现的是，在构件的所有属性上观察构件，转动、翻转构件，对其上色和以其他方式操纵构件。但这可以实现无需在构件上进行物理上的测试。
为了借助生成式制造方法由计算机内部的数据模型产生真实的物理上的构件，模型可以在数学上分割成多个同样厚度的层。在此，层可以具有例如约0.1毫米的厚度。轮廓信息可以向也被称为加工厂的生成式制造设备输送。借助形廓信息，制造设备分别产生构件的具有准确的和外部的边界的盘并且将产生的盘添加到已经制成的盘上，即，从上向下逐层地形成构件。
优选地，构件借助化学和/或物理过程由至少一种无定形或中性形状(formneutral)的材料制成。无定形的材料尤其可以是液体或粉末。中性形状的材料例如可以是带状或线状材料。
根据本发明的改进方案，构件例如借助上文提及的加工厂由至少两个构件层构造，其中，构件层在时间上依次地且在空间上至少基本上彼此相叠地制成。通过加工厂，可以根据通过虚拟的模型提供的包括各个层的精确的靠外和靠内的边界的形廓信息，从下向上逐层地构造构件层。
根据本发明的改进方案，构件具有至少两个构件层，它们借助叠层来拼合。在此，可以单独地产生构件层并且随后对其拼合或叠层。因此，也可以使用所谓的增材方法，以便由两个或多个构件层构造构件。
根据本发明的设计方案，为了制造构件，使用至少一种粉末材料。粉末材料可以通过物理过程、尤其是热过程或者通过化学过程分层式地加固。在此，粉末材料可以呈一定的形状并且被压缩，其中，可以至少近似形成均匀的材料。
本发明还涉及一种用于真空泵、尤其是用于涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件和/或按照根据本发明的方法来制造或能按照其来制造的构件，其中，构件由粉末材料构造。通过由粉末材料构造构件，构件可以借助生成式制造方法最终定形地或最终至少基本上定形地来制造，由此尤其也能成本低廉、已很少的材料耗费且在仅产生很少的废料的情况下制造复杂的构件。
根据本发明的设计方案，粉末材料包含铝或钛或由铝和钛构成的组合物。
尤其可以在构件中设置不同的材料组合物。例如，构件的一个区域可以由一种粉末材料构成，而另一个区域可以由其他粉末材料构成。构件的第一区域例如可以由铝构造，而构件的第二区域例如可以由钛构造，其中，在两个区域的分界区域中可以形成具有金属间化合的连接的铝钛过渡部。
构件也可以由例如借助粉末层进行组合的不同的粉末材料构造出。
优选地，构件由至少两个、尤其是叠层的构件层构造。在此，层可以单独地来制造并且以预定的布置相对彼此地布置并且尤其借助叠层来拼合。
根据本发明的设计方案，构件是涡轮分子泵的涡轮分子的泵级的转子盘或定子盘。转子盘和/或定子盘具有比较复杂的几何结构，从而这样的盘可以借助生成式制造方法特别有利地来制造。转子盘或定子盘优选具有基体、例如承载盘和布置在基体上的叶片。在此，基体可以由铝构成而叶片可以由钛构成，并且可以借助生成式制造方法来制造。
构件可以是在真空泵运行期间被高加载的构件，其尤其在运行期间承受高负荷的区域中具有例如经得起高负荷的钛这样的材料。在另外的被较少加载的区域中，构件可以相反地由例如具有较小材料强度的铝这样的材料构成。
粉末材料例如可以是包括预制成合金的钛和/或铝的粉末材料。
构件也可以是环状构件，例如涡轮分子泵的霍尔维克泵级的霍尔维克套筒上的SKP环。
本发明的另外的主题是具有至少一个根据上述说明的构件的真空泵，尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵。参考构件和其制造以及其在真空泵中的使用而描述的优点以及有利的实施方式表现为真空泵的相应的优点和有利的实施方式。
附图说明
下面参考附图详细阐述了本发明。其中：
图1示意性地示出涡轮分子泵的横截面视图；
图2以俯视图示意性地示出涡轮分子泵的转子设施；
图3以横截面示意性地示出具有转子设施的真空泵的截断。
附图标记列表
10 泵入口
11 入口法兰
12 泵出口
14 旋转轴线
15 转子轴
16 转子
18 马达腔
20 驱动马达
22 马达定子
24 中间腔
26 箭头、气体路径
28 入口
30 出口
32 通道
34 留空部
38 芯
42 线圈
64 壳体
66 转子盘
68 定子盘
70 隔环
72 转子毂
74、76 霍尔维克转子套筒
78、80 霍尔维克定子套筒
82、84、86、87 霍尔维克间隙
88 滚动轴承
90 永磁体轴承
92 顶端螺母
94 可抽吸的盘
96 槽形的置入件
98 盖元件
100 转子侧的轴承半体
102 定字侧的轴承半体
104、106 永磁环
108 轴承间隙
110、112 承载区段
114 支柱
116 盖元件
118 紧固环
120 补偿元件
122 支撑圈
124 扣机轴承
126 紧固套筒
128 永磁体设施
130 罩
132 容纳区段
134 叶片
136 承载圈
138 加固环
140 叶片
具体实施方式
图1中示出的真空泵10包括由入口法兰11包围的泵入口10和泵出口12，以及包括多个用于将泵入口10处的过程气体传输到泵出口12的过程气体泵阶梯部。真空泵包括壳体64和布置在壳体64中的转子16，该转子具有以能绕旋转轴线14转动的方式受支承的转子轴15。
在当前的实施例中，真空泵构造为涡轮分子泵并且包括多个以起泵作用的方式(pumpwirksam)彼此串联联接的涡轮分子的泵级，它们具有多个紧固在转子轴15上的镜像的转子盘66和布置在转子盘66之间且固定在壳体64中的定子盘68，其中，转子盘66和相邻的定子盘68分别形成涡轮分子的泵级。定子盘68通过隔环70彼此保持有期望的轴向间距。
真空泵10还包括四个沿径向方向交错地布置且以起泵作用的方式彼此串联联接的霍尔维克泵级。霍尔维克泵级的转子包括与转子轴15一件式构造的转子毂72和两个紧固在转子毂72上且由其承载的圆柱套形的霍尔维克转子套筒74、76，这些霍尔维克转子套筒同轴于转子轴线14地定向并沿径向方向交错地嵌套。此外，设置有两个圆柱套形的霍尔维克定子套筒78、80，它们同样同轴于旋转轴线14地定向并且沿径向方向交错地嵌套。第三霍尔维克定子套筒由壳体64的容纳区段132形成，该容纳区段用于容纳和固定驱动马达20。
霍尔维克泵级的主动泵送的表面分别通过霍尔维克转子套筒74、76、霍尔维克定子套筒78、80和容纳区段132的套面，也就是径向的内面和外面来形成。在构造出径向的霍尔维克间隙82的情况下，靠外的霍尔维克定子套筒78的径向内面与靠外的霍尔维克转子套筒74的径向外面相对置并且与其形成第一霍尔维克泵级。在构造出径向的霍尔维克间隙84的情况下，靠外的霍尔维克转子套筒74的径向内面与靠内的霍尔维克定子套筒80的径向外面相对置并且与其形成第二霍尔维克泵级。在构造出径向的霍尔维克间隙86的情况下，靠内的霍尔维克定子套筒80的径向内面与靠内的霍尔维克转子套筒76的径向外面相对置并且与其形成第三霍尔维克泵级。在构造出径向的霍尔维克间隙87的情况下，靠内的霍尔维克转子套筒76的径向内面与容纳区段132的径向外面相对置并且与其形成第四霍尔维克泵级。
上文提到的霍尔维特定子套筒78、80和容纳区段132的主动泵送的表面分别具有多个以螺旋状绕旋转轴线14的方式沿轴向方向延伸的霍尔维克槽，而霍尔维克转子套筒74、76的相对置的套面平整地构造，并且气体在真空泵的区域中向前推进。
为了能转动地支承转子轴15，滚动轴承88设置在泵出口12的区域中并且永磁体轴承90设置在泵入口10的区域中。
在滚动轴承88的区域中，在转子轴15上设置有具有朝向滚动轴承88增大的外直径的圆锥形的顶端螺母92。顶端螺母92与运行介质存储器的至少一个卸载器滑动接触。运行介质存储器包括多个彼此堆叠的可抽吸的盘94，这些盘以用于滚动轴承88的运行介质，例如润滑剂浸湿。在真空泵运行中，运行介质通过毛细作用从运行介质存储器经由卸载器传递到旋转的顶端螺母92，并且由于离心力沿着顶端螺母92沿顶端螺母92的外直径变大的方向输送到滚动轴承88，在那里该运行介质例如起到润滑的功能。滚动轴承88和运行介质存储器通过槽状的置入件96和真空泵的盖元件98围住。
永磁体轴承包括转子侧的轴承半体100和定子侧的轴承半体102，它们分别包括由多个沿轴向方向彼此相叠地堆叠的永磁环104或106组成的环形叠片。磁环104、106在构成径向轴承间隙108的情况下相对置，其中，转子侧的磁环104在径向靠外地布置而定子侧的磁环106在径向靠内地布置。在轴承间隙108中存在的磁场引起磁环104、106之间的磁推斥力，其引起转子轴15的径向支承。
转子侧的磁环104由转子轴的承载区段110来承载，该转子轴的承载区段径向上靠外侧地包围磁环104。定子侧的磁环106由定子侧的承载区段112来承载，该定子侧的承载区段穿过磁环106地延伸并且挂在壳体64的径向支柱114上。与旋转轴线14平行地，转子侧的磁环104沿一个方向通过与承载区段110联接的盖元件116来固定并且沿另一个方向通过承载区段110的径向凸出的凸肩区段来固定。定子侧的磁环106与旋转轴线14平行地沿一个方向通过与承载区段112连接的紧固环118和布置在紧固环118与磁环106之间的补偿元件120来固定并且沿另一个方向通过与承载区段112连接的支撑环122来固定。
在磁体轴承之中，设置有紧急轴承(Notlager)或扣机轴承124，其在真空泵的正常运行中处于无碰触状态，并且首先在转子16相对定子过度地径向偏转时嵌接并且共同运转，以便形成用于转子16的径向止挡，其防止了转子侧的结构件与定子侧的结构件的碰撞。扣机轴承124构造为未润滑的滚动轴承，并且与转子16和/或定子形成径向间隙，其引起的是，扣机轴承124在正常的泵运行中脱开嵌接。在其中扣机轴承124处于嵌接的径向偏转以如下大小来安排，即，扣机轴承124在真空泵的正常运行中未嵌接，并且同时该径向偏转足够小，从而在任何情况下防止了转子侧的结构件与定子侧的结构件的碰撞。
真空泵包括用于以转动方式驱动转子16的驱动马达20。驱动马达20包括马达定子22，其具有芯38和一个或多个在图1中仅示意性地示出的线圈42，这些线圈固定在芯38的设置在芯38的径向内侧上的槽中。
驱动马达20的衔铁通过转子16形成，该转子的转子轴15延伸穿过马达定子22。在转子轴15的延伸穿过马达定子22的区段上，在径向外侧固定有永磁体设施128。在马达定子22与转子16的延伸穿过马达定子22的区段之间布置有径向中间腔24，其包括径向马达间隙，经由该径向马达间隙，马达定子22和永磁体设施128相互磁影响，用以传递驱动力矩。
永磁体设施128沿轴向方向通过套装到转子轴15上的紧固套筒126固定在转子轴15上。封装件130在永磁体设施128的径向外侧上围绕它并且相对中间腔24将它密封。
马达定子22在壳体64中通过相对壳体固定的容纳区段132固定，该容纳区段在径向外侧包围马达定子22并且沿径向和轴向的方向支撑马达定子22。容纳区段132与转子毂72共同限界出马达腔18，在该马达腔中容纳有驱动马达20。
马达腔18具有布置在中间腔24的一侧上的且与内置的、第四霍尔维克泵级导气地连接的入口28和布置在中间腔24的相对置的侧上的且与泵入口12导气地连接的出口30。
马达定子22的芯38在其径向外侧上在图1中靠左示出的区域中具有留空部34，其与容纳区段132的相邻的区域共同形成通道32，通过该通道，输送到马达腔18中的过程气体能从入口28经过中间腔24输送到出口30。
在图1中通过箭头26说明了气体路径，在该气体路径上，过程气体从泵入口10到达泵出口12。过程气体从泵入口10出发首先经过涡轮分子的泵级并且紧接着经过第四霍尔维特泵级来输送。从第四霍尔维特泵级逸出的气体到达马达腔18中并且由马达腔18的入口28穿过通道32输送到马达腔18的出口30和泵出口12。
在图1的真空泵中，紧固在转子轴15上的径向的转子盘66和布置在转子盘66之间且固定在真空泵的壳体64上的定子盘68分别成对地形成涡轮分子的泵级。
在图2示出转子盘66的俯视图，该转子盘具有在径向靠内放置的承载环136，在径向靠外延伸且沿承载环136的周向方向来看彼此错开地布置的叶片134布置在该承载环上。在转子盘66的承载环136的径向内面与转子轴15的径向外面之间存在横向压力连接，其使提到的面以如下方式相互挤压，即，确保了转子盘66牢固且特别可靠地安置在转子轴15上。
图3示出具有多个转子盘66的设施，这些转子盘以上文参考图2所述的方式布置在转子轴15上。沿轴向方向来看，转子盘66与定子盘68交替，如上文参考图1所述的那样。在图3中，在转子盘68中仅示出叶片140，它们从定子盘68的沿径向在外侧布置且由真空泵的壳体来承载的承载环来看沿径向方向向内延伸。
在每个承载环136上，沿轴向方向来看，在叶片134上方和下方分别布置有加固环138.在各个加固环138的径向内面与各个加固环138的径向外面之间还可以构造横向压力连接。由此，可以改进各个转子盘66在转子轴15上的安置的强度。
因此，在上文所述的变型方案中，每个转子盘66由具有布置在其上的叶片134的承载环136组成。以相应的方式，每个定子盘68由具有布置在其上的叶片140的承载环组成。转子盘66或定子盘68是构件的示例，其根据本发明特别有利地借助生成式制造方法来制造，因为以此尤其可以特别简单地实现叶片134、140的相对复杂的几何结构。在此，生成式制造方法包括的是，转子盘66或定子盘68根据下列方法中的其中至少一种来制造：立体石版印刷、激光熔融、激光烧结、选择性激光烧结、层压法、挤出、熔融沉积造型、层片叠加造型或3D打印。在此，构件66、68可以分层地由两个或多个构件层来构造，它们借助生成式制造方法在时间上依次地且在空间上彼此相叠地产生。在此，也可以借助叠层拼合彼此叠置的构件层。
为了制造构件，优选使用至少一种粉末材料。为了制造承载环(参见定子盘66的承载环136)尤其使用与用于制造叶片(参见叶片134和140)不同的粉末材料。例如，借助生成式制造方法，承载环可以由铝来制造而叶片可以由钛来制造。在此，在承载环与叶片的连接部位上，可以形成具有金属间化合的连接的铝钛过渡部。
借助生成式制造方法制造转子盘66和定子盘68仅被视为示例性的。显然也可以借助生成式制造方法来制造其他构件，尤其是那些具有复杂的几何结构和/或在真空泵运行时承受高负荷的构件。
也可以借助生成式制造方法来制造与图1所示的涡轮分子泵不同的真空泵类型的构件。例如，可以借助提到的方法来制造摇杆活塞泵的构件。例如可以生成式地制成摇杆活塞泵的转子，其中，尤其可以以简单的方式、以很少的材料耗费且带有很少的废料地产生在转子上设置的蜂窝状结构。

Claims (13)

1.一种用于制造真空泵、尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件(66、68)的方法，其特征在于，所述构件(66、68)借助生成式制造方法来制造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成式制造方法包括：所述构件(66、68)根据下列方法中的其中至少一种来制造：立体石版印刷、激光熔融、激光烧结、选择性激光烧结、层压法、挤出、熔融沉积造型、层片叠加造型或3D打印。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述构件(66、68)基于至少一个计算机内部的所述构件(66、68)的数据模型来制造。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述构件(66、68)借助化学和/或物理过程由至少一种无定形或中性形状的材料制成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述构件(66、68)由至少两个构件层构造，所述构件层在时间上依次地且在空间上至少基本上彼此相叠地制成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述构件(66、68)的至少两个构件层借助叠层来拼合。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了制造所述构件(66、68)，使用至少一种粉末材料。
8.用于真空泵、尤其是用于涡轮分子泵或摇杆活塞泵的构件和/或按照上述权利要求中任一项所述的方法来制造或能按照其来制造的构件，其特征在于，所述构件(66、68)由粉末材料构造。
9.根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述粉末材料包含铝或钛或由铝和钛构成的组合物，尤其是具有金属间化合的连接的铝钛过渡部。
10.根据权利要求8或9所述的构件，其特征在于，所述构件(66、68)由至少两个、尤其是叠层的构件层构造。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件(66、68)是涡轮分子泵的涡轮分子的泵级的转子盘(66)或定子盘(68)，其中，优选地，盘(66、68)具有基体(136)、尤其是承载盘和布置在所述基体(136)上的叶片(134、140)，并且所述基体(136)由一种材料、尤其是铝构成，而所述叶片(134、140)由另一种材料、尤其是钛构成。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件(66、68)是环状构件。
13.一种具有至少一个根据权利要求8至12中任一项所述的构件的真空泵，尤其是涡轮分子泵或摇杆活塞泵。
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