真空泵螺杆转子的制作方法

本发明涉及一种真空泵螺杆转子。

背景技术：

螺杆真空泵包括布置在由壳体形成的泵送室内的两个转子元件。转子元件具有螺旋形轮廓，并且为了气体的输送而沿相反方向旋转。为了实现高内部缩合(即，泵的入口与出口之间的体积比)，已知螺旋形轮廓具有变化的螺距。在入口侧或吸入侧上，螺距大，并且每个螺旋圈形成的室的体积也大。在出口方向上，螺距减小，使得在出口或压力侧上，存在小螺距和每个螺圈的小的室体积。通过提供变化的螺距，可以实现具有低入口压力的低功率输入，并且同时实现泵的低热应力。提供变化的螺距需要复杂、并且因此昂贵的制造过程。特别是，螺圈(即，螺旋形凹口)的制造阶段(例如铣削或车削)必须在数个连续工作步骤中实施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种真空泵螺杆转子，其中可以以便宜方式制造具有低功率输入并且经受低热应力的泵。此外，本发明的目的是提供一种对应的螺杆真空泵和一种合适的制造方法。

根据本发明，以上目的通过根据权利要求1的真空泵螺杆转子、根据权利要求12的真空泵和根据权利要求17的制造方法而实现。

本发明的真空泵螺杆转子包括布置在转子轴上的至少两个螺旋形位移元件。通过所述位移元件，形成转子元件。根据本发明，所述至少两个位移元件具有不同螺距，其中，针对每个位移元件，螺距是恒定的。本发明的真空泵螺杆转子包括例如两个位移元件，其中第一吸入侧位移元件具有较大恒定螺距，并且第二压力侧位移元件具有较小恒定螺距。根据本发明，通过提供多个各自具有恒定螺距的位移元件，显著简化了制造过程。

根据本发明，每个位移元件包括至少一个螺旋形凹口，螺旋形凹口沿着其整个长度具有相同轮廓。优选地，对于每个位移元件而言轮廓是不同的。因此，相应位移元件优选地包括恒定螺距和统一的轮廓。因此，显著便于制造，使得可以极大地降低生产成本。

为了进一步改善吸入能力，吸入侧位移元件(即，在泵送方向上观察，特别是第一位移元件)的轮廓是不对称的。通过轮廓或型面的不对称形状，可以以如下方式设计侧面：泄漏表面(所谓的气孔)优选地被完全消除或者至少具有更小的横截面。特别有用的不对称型面是所谓的“昆比(quimby)型面”。虽然此型面相对难以制造，但是其具有不存在连续气孔的优点。短路仅存在于两个相邻的室之间。由于型面是具有不同型面侧面的不对称型面，因此其制造需要至少两个工作步骤，因为这两个侧面因其不对称性而必须在两个不同工作步骤中生产。

压力侧位移元件(在泵送方向上观察，特别是最后一个位移元件)设置有对称轮廓。对称轮廓特别地具有制造将更简单的优点。特别地，可以通过使用旋转立铣刀或旋转侧铣刀在一个工作步骤中产生具有对称轮廓的两个侧面。此类对称型面仅包括小气孔，但是这些气孔连续地提供的，即，不仅提供在两个相邻室之间。气孔的大小随着螺距的减小而减小。因此，可以特别为压力侧位移元件提供此类对称型面，因为根据优选实施例，这些对称型面具有比吸入侧位移元件、并且优选地还比布置在吸入侧位移元件与压力侧位移元件之间的位移元件更小的螺距。虽然此类对称型面的密封性稍低，但是这些对称型面具有其制造明显更简单的优点。特别地，其使得可以通过使用简单立铣刀或侧铣刀在单个工作步骤中产生对称型面。由此，成本显著降低。特别有用的对称型面是所谓的“摆线型面(cycloidalprofile)”。

提供至少两个此类位移元件使得对应的螺杆真空泵可以在功率输入低时产生低入口压力。此外，热应力低。根据本发明设计的具有恒定螺距和统一的轮廓的至少两个位移元件在真空泵中的布置将基本上导致与具有具备变化的螺距的位移元件的真空泵中相同的结果。在高特定体积比的情况下，可以提供三个或四个位移元件，这取决于转子。

为了减小可实现的入口压力和/或为了减小功率输入和/或热应力，根据特别优选的实施例，规定压力侧位移元件(即，在泵送方向上观察，最后一个位移元件)包括大量的螺圈。因所述大量的螺圈，在螺杆转子与壳体之间可以接受更大的间隙，而性能将保持相同。本文中的间隙可以具有在从0.1mm至0.3mm的范围内的冷间隙宽度。大量的出口螺圈、并且分别地压力侧位移元件中的大量的螺圈在生产上是便宜的，因为根据本发明，此位移元件具有恒定螺距，并且特别地还具有对称的轮廓。这允许简单且便宜的生产过程，使得提供大量的螺圈是可接受的。优选地，此压力侧位移元件或最后一个位移元件包括多于8个、特别地多于10、并且特别优选地多于12个的螺圈。在特别优选实施例中，对称型面的使用具有如下优点：通过使用铣刀，可以同时切割型面的两个侧面。在此过程中，铣刀另外由相应的相反的侧面支撑，因此避免铣刀在此期间的变形或偏转以及导致不精确。

为了进一步降低制造成本，特别优选地，位移元件和转子轴形成为单件。

根据另一个优选实施例，以不统一或突变的方式提供相邻的位移元件之间的螺距变化。可选地，两个位移元件在纵向方向上彼此相隔一定距离布置，使得在两个位移元件之间，形成环绕圆柱形室，其充当工具出口区域。这在具有单件式配置的转子中特别有利，因为在此区域中，可以以以简单方式取出产生螺旋线的工具。在位移元件彼此独立地制造并且然后安装在轴上的情况下，提供工具出口区域、特别是此环形圆柱形区域将不是必需的。

根据本发明的优选实施例，在两个相邻的位移元件之间在螺距变化处不提供工具出口区域。在螺距变化的区域中，优选地，两个侧面包括空隙或凹口以允许取出工具。此空隙对泵的压缩性能无显著影响，因为该空隙或凹口是局部的，并且尺寸相当有限。

本发明的真空泵螺杆转子特别地包括复数个位移元件。这些位移元件可以每次具有相同直径或不同直径。在这方面，优选地，压力侧位移元件具有比吸入侧位移元件小的直径。

在位移元件独立于转子轴生产的情况下，位移元件将例如通过压合而安装在轴上。本文中，优选地，提供用于位移元件相对于彼此的角位置的固定的元件，诸如定位销。

特别是在螺杆转子的单件式设计的情况下、并且还在多件式设计的情况下，优选地，由铝或铝合金生产螺杆转子。特别优选地，由铝或铝合金、特别是由alsi7mg或alsi17cu4mg生产转子。该合金优选地具有多于15％的硅百分比，以便降低膨胀系数。

根据本发明的另一个优选实施例中，所使用的铝具有较低膨胀系数。优选地，该材料具有小于18*10^-6/k的膨胀系数。根据另一个优选实施例，位移元件的表面被涂覆，特别是提供抵抗磨损和/或抗腐蚀的涂层。本文中，根据应用领域，优选地提供阳极涂层或另一合适的涂层。

本发明进一步涉及一种螺杆真空泵。此泵包括两个如上所述的相互啮合的真空泵螺杆转子。两个螺杆转子布置在由泵壳体形成的吸入室中。通常，两个螺杆转子中的一者连接到驱动装置，诸如例如电动机。两个螺杆转子可以通过齿轮彼此连接，该齿轮特别地布置在转子轴上。这样，特别地实现了在相反方向上旋转的螺杆转子的同步。根据特别优选的实施例，因螺杆转子的本发明设计，可以实现螺杆真空泵的内部压缩至少为2、特别是至少为4。此高内部压缩是可能的，尤其是因为具有相应的恒定螺距、并且特别是具有压力侧位移元件的大量的螺圈的两个转子的设计。特别地，尽管在压力侧位移元件的区域中允许大的间隙，但是这是可能的。大的间隙特别地具有如下优点：热应力将更均匀地跨压力侧位移元件而分布。特别地，还将避免对应的位移元件的热应力，并且因此避免在壳体的内侧上接触位移元件的危险。就此，另一个方面在于螺杆转子具有比壳体低的膨胀系数。特别地，壳体的膨胀系数比螺杆转子的膨胀系数大至少5％、并且特别优选地大10％。

本文中优选地，壳体由具有比螺杆转子的材料中的硅百分比小的硅百分比的铝合金生产。这确保壳体相对于螺杆转子更大的热膨胀。由此，特别确保，在操作中(即，随着热应力增加)，即使间隙可以变得更小，在位移元件的外侧与泵送室的内侧之间也将始终存在足够的间隙。

本发明进一步涉及一种用于生产如上所述螺杆转子的方法。本文中的制造特别地以如下方式执行：位移元件和转子轴以单件形成。在第一步骤中，将生产用于螺杆转子的基体。借助于立铣刀或侧铣刀产生用于生产位移元件的螺旋形凹口。取决于位移元件，这在分开的步骤中实施，因为螺距并且特别是螺旋形凹口的轮廓在每个位移元件中是不同的。

优选地，在具有对称轮廓的位移元件的情况下，通过使用单个工具并且特别是在单个工作步骤中产生凹口。此外，优选地，工具再生产凹口的外轮廓，使得优选地，可以在一个工作步骤中产生两个侧面。在不对称的元件的情况下，必须通过两个不同工具加工侧面。

优选地，特别是在生产为单件的螺杆转子中，将在产生螺旋形凹口之前产生工具出口区域。可以通过铣削或车削来生成此圆柱环形凹口。

根据特别优选实施例，不提供此工具出口区域。相反，在相邻的位移元件的侧面中提供凹口或空隙。在此情况下，空隙或凹口将在取出铣削工具时产生。

所使用的基体特别是以圆柱形形状设计的，使得可以由单个基体生产转子轴，可选地与跟随轴的轴颈一起并且特别地还与位移元件一起生产转子轴。还可以使用形成为半成品并且已经包括凹口和/或轴承销的基体。可以例如通过铸造过程来生产基体。

【附图说明】

在下文将通过优选实施例并且参考随附的附图来更详细地解释本发明。

示出了以下各图：

图1示出了真空泵螺杆转子的第一优选实施例的示意性平面图；

图2示出了真空泵螺杆转子的第二优选实施例的示意性平面图；

图3示出了具有不对称型面的位移元件的示意性截面视图；

图4示出了具有对称型面的位移元件的示意性截面视图；以及

图5示出螺杆真空泵的示意性截面视图。

【具体实施方式】

根据真空泵螺杆转子的第一优选实施例，转子包括两个位移元件10、12。第一吸入侧位移元件10具有约10mm至150mm/转的大螺距。螺距沿着整个位移元件10是恒定的。而且，螺旋形凹口的轮廓是恒定的。第二压力侧位移元件12沿着其长度也具有恒定的螺距和恒定的凹口轮廓。压力侧位移元件12的螺距优选地在10mm至30mm/转的范围内。在两个位移元件之间，提供圆柱环形凹口14。鉴于图1中所示的螺杆转子的单件式设计，所述凹口具有实现工具出口区域的目的。

此外，单件式螺杆转子包括两个轴承座16和轴端18。例如，用于驱动的齿轮连接到轴端18。

在图2中所示的第二优选实施例中，两个位移元件10、12是分开生产的，并且将然后例如通过按压它们而固定在转子轴20上。此生产方法可能稍微复杂，但是避免针对在两个相邻的位移元件10、12之间的用于工具出口的圆柱形距离14的需要。轴承座16和轴端18可以是位移元件的整体部件。替代地，连续轴20还可以由不同于位移元件10、12的另一材料生产。

图3示出了不对称型面(例如昆比型面)的示意性侧视图。所示的不对称型面是所谓的“昆比型面”。截面视图示出了两个螺杆转子，其彼此啮合并且其纵向方向垂直于附图的平面延伸。转子沿相反方向的旋转由两个箭头15指示。关于垂直于位移元件的纵向轴线延伸的平面17，两个侧面10和21的型面在每个转子中是不同的。因此，彼此相反的侧面19、21必须彼此独立地生产。然而，在为此原因而稍微更复杂和困难的制造中，优点在于并不存在贯通气孔，而是仅在两个相邻室之间存在短路。

此对称型面优选地提供在吸入侧位移元件10中。

图4中的示意性侧视图又示出了两个位移元件并且分别也在相反方向(箭头15)上旋转的两个螺杆转子的截面视图。关于对称轴17，侧面23在每个位移元件中具有对称设计。在图4中示出的对称设计的轮廓的优选实施例中，使用摆线型面。

如图4中所示的对称型面优选地提供在压力侧位移元件12中。

图5中所示的另一个实施例也具有单件式设计。为了取出工具(诸如例如立铣刀)，位移元件12的侧面设置有凹口或空隙。

此外，可以提供多于两个位移元件。这些位移元件可以可选地具有不同的头部直径和对应的底部直径。本文中，优选地，具有较大头部直径的位移元件布置在入口处，即，在吸入侧上，以便在此区域中实现较大吸入能力和/或增加体积比。上述实施例的组合也是可能的。例如，两个或更多个位移元件可以与轴一体生产，或者附加的位移元件可以独立于轴生产，并且然后安装在轴上。

真空泵(图5)的示意性截面视图在壳体22内示出了布置在泵送室24中的两个真空泵螺杆转子26。两个转子通过轴承28支撑在壳体中。相应齿轮32连接到两个轴端18。齿轮32彼此啮合，因此确保两个轴的同步。两个齿轮32中的一者耦合到驱动装置，诸如例如电动机。

如图5中可见的，气体的吸入进气发生在吸入侧位移元件10的区域中，如由箭头34指示的。相应地，气体的排出对应地发生在第二压力侧位移元件12的端部处，如由箭头36指示的。