CN1446291A - 双轴真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空泵，包括两个轴(3、4)和两个固定在轴上协同操作的转子(1、2)，其中转子借助于轴悬臂式支承；为了即使在温度变化时也能实现转子无间隙地固定到轴上，建议：轴(3、4)由具有尽可能高的弹性模量的材料例如钢制成，而转子(1、2)由具有尽可能小的密度的材料例如铝或钛合金制成，并且具有用于在全部的工作温度下保证转子(1、2)无间隙地固定到轴(3、4)上的措施。

Description

双轴真空泵
本发明涉及一种真空泵，包括两个轴和两个固定在轴上协同操作的转子，其中转子借助于轴悬臂式支承。
所述这种泵、特别是螺旋式泵的开发者和制造者追求的目标是，这种泵可以在制造成本合理的同时以尽可能高的转速和尽可能小的间隙泄漏量运转，以便尽可能有效地达到产生真空之目的。为此先决条件是转子的精确的支承并且即使在加热状态下也无间隙地固定在轴上。关于支承，考虑应该悬臂式支承转子。通常这借助于各两个轴承来实现，一驱动电机位于它们之间。恰恰对于螺旋式真空泵，已证实这种支承型式是合乎目的的，因为其优点-在吸入侧没有密封，低成本的作为双流式的方案-比起其缺点-对轴和支承的要求较高-来说是主要的。
由于悬臂式支承的原因，转子无间隙地固定到其轴上是成问题的。
已知在悬臂式支承的情况下合乎目的的是，旋转系统的重心尽可能位于转子侧的轴承的附近。这可以这样来达到，即，为转子选择尽可能轻的材料，例如铝。但铝的热膨胀系数(约为23×10-6/K)比钢的热膨胀系数(12×10-6/K)高得多，钢在悬臂式支承的情况下作为轴材料是特别适宜的。钢具有高的弹性模量，因此刚性轴的制造是可能的。在材料配对钢/铝的情况下难以实现在全部的工作温度下(在环境温度与约200℃之间)转子无间隙地固定到轴上。当然有可能由于膨胀问题而采用有利的材料如钢、钛或陶瓷用于转子。然而这会导致转子很重(钢)或很昂贵(钛、陶瓷)。再者，铝由于小的E模量也不适用于作为轴材料。
由DE-199 63 171 A1已知一种具有开头所述特征的真空泵。其没有进一步讨论即使在加热状态下转子无间隙地固定到其轴上的问题。
本发明的目的在于，提供一种具有开头所述特征的真空泵，其最佳地实现这种真空泵的制造者和开发者的目标。
按照本发明这个目的通过各权利要求的特征措施来达到。
由于轴由具有尽可能高的弹性模量的材料(例如钢)制成，因此可靠地提供轴并从而转子的精确的导向，从而在转子本身与其壳体壁之间可以保持小的间隙。用于保证将转子无间隙地固定到轴上的措施也具有这样的作用。与轴材料相比轻的转子材料可使泵以高的转速运转。
保证将转子无间隙地固定到其轴上的措施在全部的工作温度下可以设计成不同的。在有关材料的膨胀系数差别较大的情况下，转子和轴设计成使其通过热定心、冷定心和/或摩擦定心确保无间隙。也可以用轮箍来阻止固定到钢轴上的铝转子的较大的膨胀。最后可以有辅助的或独立的冷却，限制或防止接缝部位的温度变化。
如上所述，采用具有大约相同膨胀系数的材料是简单的。为此本发明建议采用粉末冶金制成的铝合金，其在合金中的主要成分是Cu或Si。钢和这类铝合金具有大约相同的膨胀系数(材料的密度-质量)，从而通过常用方式的热压配合确保在全部的工作温度下转子无间隙地固定到轴上。
为了使分别由一转子和一轴构成的系统的重心尽可能邻近转子侧的轴承以便达到较高转速，以下不同的措施可能是合乎目的的：
-转子空心，钢轴仅仅部分地插入该空心中；如果需要导通冷却液，对此可以将具有小密度(例如塑料)的构件安插于该空心孔中。
-短转子；这在螺旋式泵中按本身已知的方式通过适当的导程变化和/或通过深切入的转子外形来达到。
-转子侧的轴的轴承设置在转子中的一个轴承侧的凹槽中。
-轴的两轴承O形布置(O-Anordnung)和/或游动轴承位于轴的转子侧而固定轴承位于轴的远离转子的一侧。
其他的优点和细节将借助于图1至5中以简图示出的实施例加以说明。其中：
在附图中，转子用1(或在图2中图1和2)、其轴用3(或3、4)表示。转子悬臂式支承并配备有轴向空心，轴3、4的自由端伸入该空心孔中。转子1、2分别无间隙地固定到该轴端上。
在按照图1的实施例中，转子1具有两个端面的空心5和6，它们大致在转子的中间经由一较小的孔7相互连通。在组装的情况下，空心6的吸入侧的孔由一盘8紧密地封闭，其例如-如图中所示-借助于螺纹9拧紧于空心的孔中。
轴3端接于轴承侧的空心5中，该轴在端面配备有轴向取向的凸缘11。在将空心5和6相连的小的孔7的区域配备具有轴向取向的凸缘13的环形的向内延伸的凸出部分12，凸缘13的方向及直径选择成使其从内部贴紧轴3的凸缘11。如果轴3由钢制成，而转子1由与钢相比具有较大膨胀系数的铝制成，并且在环境温度下凸缘11、13相互无间隙地贴紧，则形成一内面定心，其即使在较高温度下仍保持无间隙。
为了连接转子1和轴3，设有轴向螺钉14，其从空心6的方面是易于装拆的。各螺钉穿过转子1的凸出部分12拧紧于轴的凸缘11中。合乎目的的是为螺钉头配置一环15，其由轴材料制成。借此除热定心外还形成摩擦定心。
此外，为了减小温度问题，轴3和转子1配备有冷却通道系统。为此轴3具有一中心孔16。管件17位于该孔16中，其向内延伸到空心6中并用于输送冷却剂。在空心6中构成的、空心的(薄壁的)和/或轻的、固定在管件17上的内部结构18连通一外面的环形通道19，后者又经由孔7与在空心5中由轴3与空心5的内壁构成的外面的环形通道21连通。经由这些环形通道19、21并接着经由位于轴中的由管件17与孔16内壁构成的环形通道23，冷却剂回流。冷却剂的反向流动同样也会是有意义的。
图2中，转子1、2在轴承侧配备有凸缘25、26，它们从外面包围轴3、4。如果转子材料具有比轴较大的膨胀系数，则在温度升高时其在这种方式的外面定心的情况下在转子与轴之间出现间隙。为了避免这种情况而设有环27、28，它们本身包围凸缘25、26。如果环27、28的材料的膨胀系数等于或甚至小于轴材料的膨胀系数，则在温度升高时环27、28阻止凸缘25、26的膨胀并从而避免不希望的间隙。
设有相当于按照图1的冷却系统之冷却系统。环形通道21、22延伸到凸缘25、26的区域内。它们降低了出现的最高工作温度并从而也排除间隙的危险。
环27、28从外面配备有许多环形槽，其中具有未示出的活塞环，它们与外壳固定的环29、30共同构成迷宫式密封31、32，其目的是防止轴承33、34的润滑剂蒸汽进入螺旋式泵的输送室35、36。
在按照图3的实施例中实现摩擦定心。为此采用一盘38，其首要目的是封闭空心5的吸入侧的孔。盘38通过螺钉不仅与轴3(螺钉39)而且与转子(多个螺钉41)固定式连接。如果转子材料具有比轴3较大的膨胀系数并且盘38例如由轴材料制成，则该固定式螺钉连接在升高的温度下阻止间隙的形成。
如图3中所示，盘38可以配备有轴向取向的凸缘43，其插入空心5中。借此可以同时达到热定心。为此需要将转子1、轴3和盘38在加热状态下无间隙地组装。由于所述的膨胀系数的比例，这样的固定在温度降低时仍保持无间隙。这对于无盘38的转子/轴固定也是适用的。
转子在轴上的固定也可以借助于压配合连接实现。如果转子由铝而轴由钢制成，则此时合乎目的的是，形成该压配合连接时的周围温度大致相当于双轴真空泵运转时产生的转子(1、2)的最高温度。
这种方式的连接在全部双轴真空泵运转过程中产生的工作温度下都是无间隙的。
图3中还示出，凸缘43和轴3的端面相互贴紧，优选在轴3中外面的凹槽44内部。在凸缘43与轴3的相互面对的接触面之间具有调整环45。通过装入不同厚度的调整环45，或还通过不同高度的凸缘43，可以确定转子1相对于轴3的轴向位置。借此能够调整转子1相对于第二未示出的转子的齿面间隙(Flanke-Flanke-Spiel)。盘38可以同时用于压力平衡和/或用于转矩传递(例如作为齿盘)。
图3最后示出，可以将转子侧的轴承33设置在转子3中的轴承侧的凹槽47中。一轴向延伸的轴承座48插入凹槽47中。冷却通道系统(轴3中的孔16，管件17)延伸到轴承33，以便保持低的轴承温度。
为了可靠地达到所希望的高转速，合乎目的的是，轴的两轴承33、51形成O形布置，如其在图4中所示。在这种方式的轴承中，力作用点通过压力角移到转子重心的方向。根据这个观点，游动轴承33位于轴3的转子侧而固定轴承51位于轴3的远离转子侧也是合乎目的的。图5示出这样的配置。力作用点位于轴承中心。

Claims (18)

1.真空泵，包括两个轴(3、4)和两个固定在轴上协同操作的转子(1、2)，其中转子借助于轴悬臂式支承，其特征在于，所述轴(3、4)由具有尽可能高的弹性模量的材料例如钢制成，而所述转子(1、2)由具有尽可能小的密度的材料例如铝或钛合金制成，并且具有用于在全部的工作温度下保证转子(1、2)无间隙地固定到轴(3、4)上的措施。
2.按照权利要求1所述的泵，其特征在于，具有用于转子(1、2)在其轴(3、4)上冷定心、热定心和/或摩擦定心的措施。
3.按照权利要求2所述的泵，其特征在于，用于热定心的措施包括转子(1、2)上或轴(3、4)上的轴向延伸的凸缘部分(12、13)，并且转子(1、2)的凸缘部分(13)位于内面。
4.按照权利要求2所述的泵，其特征在于，用于摩擦定心的措施包括轴向取向的螺钉(14、39、41)，借此将转子(1、2)和轴(3、4)相互连接。
5.按照权利要求1所述的泵，其特征在于，所述转子(1、2)钻成空心的，并且设有配置在转子(1、2)的吸入侧的盘(38)。
6.按照权利要求5所述的泵，其特征在于，所述盘(38)配备有插入转子(1、2)的空心(5)中的凸缘(43)，其实现冷定心。
7.按照权利要求6所述的泵，其特征在于，凸缘(43)和轴(3)相互支承，而且是通过一调整环(45)。
8.按照权利要求1所述的泵，其特征在于，所述转子(1、2)配备有凸缘(25、26)，它们包围所述轴(3、4)，并且设有轮箍(27、28)，其本身包围凸缘(25、26)。
9.按照上述权利要求之一项所述的泵，其特征在于，在轴(3、4)与转子(1、2)之间的配合位置的高度内有一冷却装置。
10.按照权利要求1所述的泵，其特征在于，转子(1、2)和轴(3、4)的材料的膨胀系数是大致相同的。
11.按照权利要求10所述的泵，其特征在于，所述轴(3、4)由钢、而所述转子(1、2)由粉末冶金制成的铝合金制成，在合金中其主要成分是Cu或Si。
12.按照上述权利要求之一项所述的泵，其特征在于，所述转子(1、2)具有一空腔，并且所述轴(3、4)仅仅部分地穿过该空腔。
13.按照权利要求12所述的泵，其特征在于，轻的构件(18)位于未被轴(3、4)占用的空腔内，该构件引导冷却剂流动。
14.按照上述权利要求之一项所述的泵，其特征在于，所述转子(1、2)沿轴向方向尽可能短，并且具有从吸入侧到压力侧导程渐小的螺纹。
15.按照上述权利要求之一项所述的泵，其特征在于，转子侧的轴承(33)位于转子(1、2)中的凹槽(47)中。
16.按照上述权利要求之一项所述的泵，其特征在于，轴(3、4)的两轴承(33、51)形成O形布置。
17.按照权利要求1至15之一项所述的泵，其特征在于，邻近转子(1、2)的轴承(33)为一游动轴承，而远离转子(1、2)的轴承(51)为一固定轴承。
18.用于制造双轴真空泵的一个单元的方法，该单元包括一个钻成空心的铝制转子(1、2)和一个至少部分地穿过该空心(5)的钢轴(3、4)，其特征在于，在转子(1、2)与轴(3、4)之间形成压配合连接，并且在形成该压配合连接时的周围温度大致相当于双轴真空泵运转时产生的转子(1、2)的最高温度。
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