TW538199B - Two-shafts vacuum-pump and production method of a unit for said two-shafts vacuum pump - Google Patents

Description

538199 五、發明説明（ ) 本 發 明 涉 及 一 種 真 空泵 5 其 包 含 二 個 軸 及二 個分別 固 定 在 此 二 軸 上 之 共 同 作用 之 軸 子 其 中 各 轉子 藉由此 二 軸 而 可 活 動 地 壬几 日又 置 著 0 此 種 形 式 之 泵 ( 特 別是 螺 旋 泵 ) 之 巨 的 是： 在合理 之 製 造 成 本 時 此 種 泵 能 以儘 可 能 大 之 轉 速 及 儘可 能小之 間 隙 漏 失 量 來 操 作 以 便儘 可 能 有 效 地 達 成 此目 的（即 ， 真 空 之 產 生 ) 〇 這 樣 所需 之 先 決 條 件 是 精 確之 軸承及 一 種 在 熱 (w r a m)狀 態 時 各轉 子 Μ 間 隙 地 固 > tmmf 疋 在軸 上。就: 軸 承 而 言 須 考 慮 各 轉 子可 活 動 地 設 置 著 〇 這通 常是藉 助 於 二 個 軸 承 來 達 成 其間 存 在 一 個 驅 動 馬 達。 就像螺 旋 式 真 空 泵 一 樣 此種 形式 之 軸 承 已 顯 示 是 適當 的，此 乃 因 其 優 點 ( 吸 入 側 不 須密 封 成 本 較 雙 渠 式解 法還低 ) 超 過 其 缺 點 ( 對 軸 承 及軸 有 較 高 之 需 求 ) 〇 轉 子 以 迦 間 隙 方 式 固定在 其 軸 上 時 5 活 動式 軸承是 造 成 問 題 之 原 因 0 已 爲 人 所 知 之 事 實 是： 在 活 動 式 軸 承 中 ，若 此種轉 動 系 統 之 重 心 儘 可 能 位 於轉 子 側 之 軸 承 附 近 ，則 這樣是 適 當 的 〇 這 可 以 下 述 方 式達 成 ： 心BE 取 儘 可 能 輕之 材料作 爲 轉 子 用 之 材 料 ( 例 如 ，鋁 ) 0 但 鋁 之 熱 膨 脹係 數（大 約 23 xlO*6 /k )! 較3 鋼j (12 ixl0'6/k)大很多， 鋼在活動式軸承中 特 別 適 合 用 作 軸 材 料 。若 鋼 具 有 — 種 較 大 之彈 性模數 則 製 造 —* 種 較 硬 之 軸 是可 能 的 0 在 鋼 /敍 1此 :種材料對（I： )a i r) 中 在 所 有 之 操 作 溫 度（ 介 於 環 境 溫 度 和 200。 C之間： ) 中 使 轉 子 Μ j \ \\ 間 隙 地 固 定在 該 軸 3- 上 是 困 難 的 。於 轉子中 可 538199 五、發明説明（2 ) 使用一些對膨脹問題較有利之材料，例如，鋼、鈦或陶 瓷。但這樣會造成較重（鋼）或較貴（鈦，陶瓷）之轉子 。鋁由於較小之彈性模數而不適合用作軸材料。 由DE-19963171A1中已知一種具有本文開頭所述特徵 之真空泵。此處不探討該轉子在熱狀態時無間隙地固定 在其軸上。 ‘ 本發明之目的是提供一種本文開頭所述之真空M，其 可最佳化地達成該真空泵之製造者及硏發者之目的。 本發明中此種目的由申請專利範圍之特徵來達成。 各軸若由一種彈性模數儘可能大之材料（例如，鋼） 所構成，則能可靠地對各軸及各轉子進行準確之導引， 使各轉子本身及其外殼壁之間之間隙可保持很小。此種 作用區亦可具有一種手段以確保各轉子能無間隙地固定 至各軸上。轉子材料較軸材料還輕，這樣可使各泵以較 同之轉速來操作。 在所有之操作溫度中使轉子能可靠地以無間隙之方式 固定至其軸所用之手段可以不同方式形成。在所添加之 材料之膨脹係數有較大之差異時，可形成各轉子和各軸 ’以便可由熱集中性、冷集中性及/或摩擦集中性來確 保此種無間隙性。繃帶（其可防止此種固定於鋼軸上之 鋁轉子發生較大之膨脹）是一種可能之方式。最後，可 (受支撐地或單獨地）存在一種冷卻裝置，其可限制或 防止各接合位置之溫度變動。 如上所述，〃使用一些膨脹係數大約相同之材料〃是 - 4- 538199 五、發明説明（3 ) 簡易的。本案發明人建議使用粉末冶金所製成之鋁合金 ，其主成份是合金中之銅及矽。此種形式之鋼及鋁合金 具有大約相同之膨脹係數（材料之密度），因此在所有 之操作溫度時藉由一般形式之乾縮式濃縮即可確保各轉 子無間隙地固定在軸上。 爲了使此種由轉子及軸所構成之系統之重心能儘可能 靠近轉子側之軸承以達成較大之轉速，則下述各種不同 之措施都是適當的： 一轉子中形成中空鑽孔，其中只一部份接合著該鋼軸； 若須引導一種冷卻液體，則各組件可以較小之密封件 (例如，塑膠）而安裝在鑽孔中。 一短的轉子；這在螺旋泵中以習知之方式藉由斜度適當 之改變來達成及/或藉由深切式轉子外型（profile)來達 成。 一該二個軸承之〇-配置及/或轉子側上之鬆軸承及此軸 之遠離此轉子之此側上之定（fixed)軸承。 其它優點及細節將依據第丨至5圖中之實施例來詳述 。圖式簡單說明： 第1圖具有二個正面中空鑽孔5和6之轉子1。 第2圖軸承側設有領25,26之轉子ι，2，各領25,26由 外部圍繞此軸3,4。 第3圖摩擦集中性之實施形式。 第4圖具有〇 -配置之軸承3 3,5 1。 第5圖具有鬆軸承3 3和定軸承5 1之此種軸3。 538199 五、發明説明（4 ) 在這些圖式中’轉子以1表7^ (第2圖中以1和2表 示）且其軸以3 (或3,4)表示。這些轉子以可活動方式 而設置著且設有軸向之中空鑽孔，此軸3,4之自由端延 伸至中空鑽孔中。轉子1，2分別以無間隙之方式固定至 這些軸之末端。 在第1圖之實施例中，轉子丨具有二個正面之中空鑽 孔5，6，其大約在轉子1之中央經由較狹窄之鑽孔7而 互相連接。在已組合完成之狀態中’此中空鑽孔6之吸 入側之開口是以圓板8密封，此圓板8如圖所示藉助於 螺紋9而栓入中空鑽孔之開口中。 此軸1終止於軸承側之中空鑽孔5中，且此軸1在正 面設有軸向對準之領11。在較狹窄之鑽孔7 (其使中空 鑽孔5,6互相連接）中，環形向內延伸之凸起12設有一 種軸向對準之領1 3，須選取此領1 3之方向及直徑，使 此領1 3由內緊靠此軸1之領1 1。若此軸3由鋼製成且 此轉子1由銘（其膨脹係數較鋼還大）製成以及該領 1 1，1 3在環境溫度中以無間隙之方式互相緊靠，則會形 成一種內部集中件，其在高溫時仍保持著無間隙。 爲了使轉子1與軸3相連接，須設有軸向之螺栓14， 其可由中空鑽孔6接近。此螺栓14貫穿轉子1之凸起 1 2且栓入此軸之領丨丨中。適當之方式是使環丨5配屬於 此栓頭（head) ’環15由軸材料所製成。這樣除了可使熱 集中以外亦可使摩擦力集中。 此外’軸3及轉子丨設有冷通道系統使與溫度有關之 -6- 538199 五、發明説明（5 ) 問題可減少。此軸3具有中央鑽孔1 6。此鑽孔1 6中存 在一種管區段17，其向內延伸至中空鑽孔6中且用作冷 卻劑之導管。在中空鑽孔6中，中空（薄壁之）構造及/ 或固定在管區段1 7上之輕的構造1 8形成一種外環通道 1 9，其另外經由鑽孔7而與中空鑽孔5中之外環通道2 1 (由軸3及中空鑽孔5之內壁所形成）相連。冷卻劑經 由這些外環通道19,21以及隨後經由此軸中所存在之環 通道23 (其由管區段1 7及鑽孔1 6之內壁所形成）而流 回。冷卻劑相反之流動方向同樣是可能的。 在第2圖中，轉子1，2在軸承側設有一種領25,26， 其由外部圍繞此軸3，4。若轉子材料之膨脹係數較軸材 料者還大，則在此種構造形式向外集中時，會在轉子及 軸之間形成空隙（若溫度上升時）。爲了防止此種現象 ，須設有環27，28，其圍繞各領25,26。若各環27,28之 材料之膨脹係數等於或小於軸材料之膨脹係數，則在溫 度上升時各環27，28可防止各領之膨脹，因此可防止不 期望之間隙。 設置一種與第1圖之冷卻系統相對應之冷卻系統。環 通道21，22延伸至各領25,26之區域中，其可降低所產 生之最大之操作溫度鎭力因此同樣可防止各間隙之發生 〇 各環27,28由外部設有環形之槽，其中形成多個未顯 示之活塞環，這些活塞環與外殼所固定之環一起形成曲 徑式密封區31，32，其目的是防止軸承3 3,34之滑潤劑抑 538199 五、發明説明（6 ) 制作用傳入此螺旋泵之前室3 5,3 6中。 在第3圖之實施例中形成一種摩擦集中性。圓板3 8 ( 其首先具有此種摩擦集中性）之作用是使中空鑽孔5之 吸入側之開口被密封。此圓板38經由螺栓而與軸3 (螺 栓3 9 )固定地相連且與轉子（多個螺栓4 1 )亦固定地 相連。若轉子材料之膨脹係數較軸3還大且圓板3 8例 如由軸材料所構成，則在溫度上升時此種固定之螺栓連 接可防止間隙之形成。 如第3圖所示，圓板3 8可設有一種軸向對準之領4 3 ，其接合在中空鑽孔5中。這樣可同時達成一種熱集中 作用；因此，轉子1、軸3及圓板38在加熱狀態時需要 無間隙地安裝著。由於上述膨脹係數之特性，此種固定 式之組裝在溫度下降時仍保持著無間隙。這亦適用於轉 子-/軸所形成之固定式組裝（不包含圓板38 )。 〃轉子固定至軸〃亦可藉由壓機座連接件來達成。若 軸子由鋁構成且此軸由鋼所構成，則適當之方式是使環 境溫度（在此種溫度中製成該壓機座連接件）大約等於 轉子（1，2)之最大溫度（其是在雙軸式真空泵操作時發生 )° 在此種雙軸式真空泵操作期間所產生之全部之操作溫 度中上述形式之連接件是無間隙的。 第3圖中亦顯不：軸3之正側及領4 3互相緊靠，較 佳是發生在軸3中之外凹口 44之內部。在領43之互相 面對之接觸面之間存在一種通環45。藉由通環45設有 538199 五、發明説明（7 ) 不同之厚度或此領43具有不同之高度’則可決定轉子1 至軸3之軸向位置。這樣可調整此轉子1至未顯示之第 二轉子之邊緣-邊緣-間隙。此圓板3 8问時可用來達成重 量平衡及/或作爲旋轉動量之傳送（例如，用作齒板）。 最後，第3圖中顯示：轉子側之軸承3 3可配置在轉 子3中之軸承側之凹口中。一種軸向延伸之軸承載體4 8 接合在凹口 47中。此種冷通道系統（軸3中之鑽孔16 ，管區段17 )延伸至軸承33，使軸承溫度保持很低。 爲了可靠地達成所期望之高轉速，則適當之方式是： 此二個軸承3 3 5 1具有一種0-配置，如第4圖所示。在 此種形式之軸承中，力接合點藉由壓力角而偏移至轉子 重心之方向中。在此種觀點下，轉子側上之鬆軸承33 及軸3之遠離此轉子之此側上之定軸承5 1都是適當的 。第5圖顯示此種配置。力接合點位於軸承中央。 符號說明 1，2…轉子 3，4…軸 5,6…中空鑽孔 7,16…鑽孔 8…圓板 1 1，1 3…領 12…凸起 1 4…螺栓 1 5 · · ·環 538199 五、發明説明（8 ) 17…管區段 18…構造 19,21，22,23〜環通道 25,26,43···領 27,28,29,30···環 31,32···曲徑式密封區 3 3,3 4…車由承 3 5,36·.·前室 3 8…圓板 3 9…螺检 47…凹口 48…軸承載體 51…定軸承 -10-

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第90119355號「雙軸式真空泵及其單元之製造方 法」專利案 (9 2年4月修正） 六、申請專利範圍： 1. 一種具有雙軸（3, 4)之真空泵，其具有二個固定在軸 上且互相作用之轉子（1,2)，各轉子藉由這些軸而可 活動地設置著，其特徵爲：各軸（3，4 )由彈性模數儘 可能大之材料（例如，鋼）所構成，各轉子（1，2 )由 密度儘可能小之材料（例如，鋁或鈦合金）所構成 :設有元件以便在所有操作溫度時可確保各轉子 (1，2 )以無間隙方式固定在各軸（3，4 )上。 2. 如申請專利範圍第1項之真空泵，其中這些元件設 置在軸（3, 4)上使轉子（1，2)達成冷集中、熱集中及/ 或摩擦集中。 3. 如申請專利範圍第2項之真空泵，其中熱集中用之 這些元件由轉子（1，2)上或軸（3,4)上在軸向中延伸 之領區段（1 2，1 3 )所構成且轉子（1，2 )之領區段（1 , 3 ) 位於內部。 4. 如申請專利範圍第2項之真空泵，其中摩擦集中用 之元件由軸向對準之螺栓（1 4，3 9，4 1 )所構成，藉由 這些螺栓使轉子（1，2 )和軸（3，4 )互相連接。 5·如申請專利範圍第1項之真空泵，其中各轉子（1，2 ) 中有鑽孔而成中空且設有一種配置在轉子吸入側上 538199 六、申請專利範圍 之圓板（3 8 )。 6. 如申請專利範圍第5項之真空泵，其中此圓板（38 ) 設有一種接合至轉子（1，2 )之中空鑽孔（5 )中之領 (4，3 )，此領（43 )造成一種冷集中作用。 7. 如申請專利範圍第6項之真空泵，其中此領（43 )和 軸（3)互相緊靠，即，經由通環（45)而緊靠。 8. 如申請專利範圍第1項之真空泵，其中轉子（1，2)設 有領（ 25,26 )，各領（ 25, 26 )圍繞該軸（3,4);設有繃 帶（27 ,28 )，其圍繞各領（25，26)。 9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之真空泵，其 中在軸（3，4 )和轉子（1，2 )之間之通行位置之高度中 存在一種冷卻件。 10. 如申請專利範圍第1項之真空泵，其中轉子（1，2)和 軸（3，4 )之材料之膨脹係數是相同的。 11. 如申請專科範圍第10項之真空泵，其中各軸（3,4) 由鋼所製成且轉子（1 , 2 )由粉末冶金所製成之鋁合金 所構成，其主成份是合金中之Cu或Si。 1Z如申請專利範圍第1至4項中任一項之真空泵，其 中轉子（1，2 )具有中空區且各軸（3，4 )只一部份貫穿 此中空區。 ia如申請專利範圍第12項之真空泵，其中輕組件（18) 位於此種不由軸（3，4 )所佔用之中空區中，此種輕組 件（18)可引導冷卻劑流動。 538199 六、申請專利範圍 14. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之真空泵，其 中各轉子（1，2 )在軸向中儘可能短且螺紋具有一種由 吸入側至壓力側逐漸變小之斜度。 15. 如申請專利範圍第1項之真空泵，其中轉子側之軸 承（33)位於轉子（1，2)中之凹口（47)中。 16. 如申請專利範圍第1 項之真空泵，其中各軸（3，4 ) 之二個軸承（3 3，5 1 )具有一種0 -配置。 17. 如申請專利範圍第1 5或1 6項之真空泵，其中鄰接 於轉子（1，2 )之軸承（3 3 )是鬆軸承且遠離轉子（1，2 ) 之軸承（5 1 )是一種定軸承。 18. —種雙軸式真空泵之單元之製造方法，此單元由具 有中空鑽孔之轉子（1，2 )以及軸（3，4 )所構成，各轉 子（1，2 )由鋁所製成，各軸（3，4 )由鋼製成且至少一 部份貫穿轉子中之中空鑽孔（5 )，其特徵爲：在轉子 (1，2 )和軸（3，4 )之間製成一種壓機座連接件，此壓 機座連接件製成時所在之環境溫度等於轉子（1，2 )之 最大溫度，其在雙軸式真空泵操作時產生。