制造真空泵的構件的方法、真空泵的構件和真空泵的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于制造真空泵、尤其是渦輪分子泵或搖桿活塞泵的構件的方法，其特征在于，構件借助生成式制造方法來制造。
【專利說明】
制造真空泵的構件的方法、真空泵的構件和真空泵
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于制造真空栗，尤其是渦輪分子栗或搖桿活塞栗的構件的方法，還涉及一種用于真空栗的構件以及一種真空栗，尤其是渦輪分子栗或搖桿式活塞栗。
【背景技術】
[0002]真空栗，例如渦輪分子栗或搖桿式活塞栗由多個構件組成。在此，一些構件可以具有負載的幾何結構，從而制造它們是成本高昂的。在真空栗中，一些構件在運行中還承受很高的機械應力。構件的機械載荷能力主要取決于構件的材料。在真空栗中并且尤其在渦輪分子栗中，尤其高負載的構件通常由提供充足的材料強度的鋁構成。
[0003]在制造真空栗的構件，尤其是從塊體原材料銑削出的構件時，產生相對大量的廢料。例如，在制造渦輪分子栗的栗級的轉子盤或定子盤時，通過切削過程從塊狀原材料中切削了超過90%的初始材料。
【發明內容】
[0004]因此，本發明的任務在于，提供一種改進的制造真空栗的構件的方法，借助該方法也可以以快速、成本高效且具有很小的材料耗費的方式實現復雜的構件幾何結構。此外，本發明的任務在于，提供一種用于真空栗的構件，其可以快速且成本高效地制造并且優選還具有很尚的機械載荷能力。
[0005]該任務通過具有權利要求1的特征的方法或通過具有權利要求8的特征的構件來解決。
[0006]根據本發明的用于制造真空栗、尤其是渦輪分子栗或搖桿活塞栗的構件的方法包括借助生成式制造方法(Generative Fertigungsverfahren)來制造構件。
[0007]對于生成式制造方法可以理解為通過體積元件、例如層拼合在一起的構件來制造或定型。在迄今為止的制造方法中，定型尤其通過轉動或銑削來實現。在生成式制造方法中，可以取消這樣的材料去除或者將再加工減小到很小的程度。此外，在生成式制造方法中，無需例如在鑄件的情況下的鑄模。
[0008]通過生成式制造方法尤其可以簡單、快速且成本低廉地并且在使用在運行中具有高載荷能力的材料的情況下來制造真空栗的負載的構件。在此，生成式制造方法尤其是用于增材制造的根據標準化命名為AM的方法(德國工程師協會標準3404(VD1-Norm 3404))。
[0009]生成式制造方法優選包括的是，構件根據下列方法中的其中至少一種來制造:立體石版印刷、激光熔融、激光燒結、選擇性激光燒結、層壓法、擠出、熔融沉積造型、層片疊加造型或3D打印。上述的制造方法本身是公知的。
[0010]根據本發明的改進方案，構件基于至少一個計算機內部的構件數據模型來制造。計算機內部的數據模型例如可以是構件的3D-CAD體積模型，其在計算機或電腦中虛擬地產生。數據模型可以使使用者實現的是，在構件的所有屬性上觀察構件，轉動、翻轉構件，對其上色和以其他方式操縱構件。但這可以實現無需在構件上進行物理上的測試。
[0011]為了借助生成式制造方法由計算機內部的數據模型產生真實的物理上的構件，模型可以在數學上分割成多個同樣厚度的層。在此，層可以具有例如約0.1毫米的厚度。輪廓信息可以向也被稱為加工廠的生成式制造設備輸送。借助形廓信息，制造設備分別產生構件的具有準確的和外部的邊界的盤并且將產生的盤添加到已經制成的盤上，g卩，從上向下逐層地形成構件。
[0012]優選地，構件借助化學和/或物理過程由至少一種無定形或中性形狀(f ormneutral)的材料制成。無定形的材料尤其可以是液體或粉末。中性形狀的材料例如可以是帶狀或線狀材料。
[0013]根據本發明的改進方案，構件例如借助上文提及的加工廠由至少兩個構件層構造，其中，構件層在時間上依次地且在空間上至少基本上彼此相疊地制成。通過加工廠，可以根據通過虛擬的模型提供的包括各個層的精確的靠外和靠內的邊界的形廓信息，從下向上逐層地構造構件層。
[0014]根據本發明的改進方案，構件具有至少兩個構件層，它們借助疊層來拼合。在此，可以單獨地產生構件層并且隨后對其拼合或疊層。因此，也可以使用所謂的增材方法，以便由兩個或多個構件層構造構件。
[0015]根據本發明的設計方案，為了制造構件，使用至少一種粉末材料。粉末材料可以通過物理過程、尤其是熱過程或者通過化學過程分層式地加固。在此，粉末材料可以呈一定的形狀并且被壓縮，其中，可以至少近似形成均勻的材料。
[0016]本發明還涉及一種用于真空栗、尤其是用于渦輪分子栗或搖桿活塞栗的構件和/或按照根據本發明的方法來制造或能按照其來制造的構件，其中，構件由粉末材料構造。通過由粉末材料構造構件，構件可以借助生成式制造方法最終定形地或最終至少基本上定形地來制造，由此尤其也能成本低廉、已很少的材料耗費且在僅產生很少的廢料的情況下制造復雜的構件。
[0017]根據本發明的設計方案，粉末材料包含鋁或鈦或由鋁和鈦構成的組合物。
[0018]尤其可以在構件中設置不同的材料組合物。例如，構件的一個區域可以由一種粉末材料構成，而另一個區域可以由其他粉末材料構成。構件的第一區域例如可以由鋁構造，而構件的第二區域例如可以由鈦構造，其中，在兩個區域的分界區域中可以形成具有金屬間化合的連接的鋁鈦過渡部。
[0019]構件也可以由例如借助粉末層進行組合的不同的粉末材料構造出。
[0020]優選地，構件由至少兩個、尤其是疊層的構件層構造。在此，層可以單獨地來制造并且以預定的布置相對彼此地布置并且尤其借助疊層來拼合。
[0021]根據本發明的設計方案，構件是渦輪分子栗的渦輪分子的栗級的轉子盤或定子盤。轉子盤和/或定子盤具有比較復雜的幾何結構，從而這樣的盤可以借助生成式制造方法特別有利地來制造。轉子盤或定子盤優選具有基體、例如承載盤和布置在基體上的葉片。在此，基體可以由鋁構成而葉片可以由鈦構成，并且可以借助生成式制造方法來制造。
[0022]構件可以是在真空栗運行期間被高加載的構件，其尤其在運行期間承受高負荷的區域中具有例如經得起高負荷的鈦這樣的材料。在另外的被較少加載的區域中，構件可以相反地由例如具有較小材料強度的鋁這樣的材料構成。
[0023 ]粉末材料例如可以是包括預制成合金的鈦和/或鋁的粉末材料。
[0024]構件也可以是環狀構件，例如渦輪分子栗的霍爾維克栗級的霍爾維克套筒上的SKP 環。
[0025]本發明的另外的主題是具有至少一個根據上述說明的構件的真空栗，尤其是渦輪分子栗或搖桿活塞栗。參考構件和其制造以及其在真空栗中的使用而描述的優點以及有利的實施方式表現為真空栗的相應的優點和有利的實施方式。
【附圖說明】
[0026]下面參考附圖詳細闡述了本發明。其中:
[0027]圖1示意性地示出渦輪分子栗的橫截面視圖；
[0028]圖2以俯視圖示意性地示出渦輪分子栗的轉子設施；
[0029]圖3以橫截面示意性地示出具有轉子設施的真空栗的截斷。
[0030]附圖標記列表
[0031]10栗入口
[0032]11入口法蘭
[0033]12栗出口
[0034]14旋轉軸線
[0035]15轉子軸
[0036]16轉子
[0037]18馬達腔
[0038]20驅動馬達
[0039]22馬達定子
[0040]24中間腔
[0041 ]26 箭頭、氣體路徑
[0042]28入口
[0043]30出口
[0044]32通道
[0045]34留空部
[0046]38芯
[0047]42線圈
[0048]64殼體
[0049]66轉子盤
[0050]68定子盤[0051 ]70 隔環
[0052]72轉子轂
[0053]74,76霍爾維克轉子套筒
[0054]78,80霍爾維克定子套筒
[0055]82、84、86、87 霍爾維克間隙
[0056]88滾動軸承
[0057]90永磁體軸承
[0058]92頂端螺母
[0059]94可抽吸的盤
[0060]96槽形的置入件[0061 ]98蓋元件
[0062]100轉子側的軸承半體
[0063]102定字側的軸承半體
[0064]104、106永磁環
[0065]108軸承間隙
[0066]110,112承載區段
[0067]114支柱
[0068]116蓋元件
[0069]118緊固環
[0070]120補償元件
[0071]122支撐圈
[0072]124扣機軸承
[0073]126緊固套筒
[0074]128永磁體設施
[0075]130罩
[0076]132容納區段
[0077]134葉片
[0078]136承載圈
[0079]138加固環
[0080]140葉片
【具體實施方式】
[0081]圖1中示出的真空栗10包括由入口法蘭11包圍的栗入口10和栗出口 12，以及包括多個用于將栗入口 10處的過程氣體傳輸到栗出口 12的過程氣體栗階梯部。真空栗包括殼體64和布置在殼體64中的轉子16，該轉子具有以能繞旋轉軸線14轉動的方式受支承的轉子軸15ο
[0082]在當前的實施例中，真空栗構造為渦輪分子栗并且包括多個以起栗作用的方式(pumpwirksam)彼此串聯聯接的渦輪分子的栗級，它們具有多個緊固在轉子軸15上的鏡像的轉子盤66和布置在轉子盤66之間且固定在殼體64中的定子盤68，其中，轉子盤66和相鄰的定子盤68分別形成渦輪分子的栗級。定子盤68通過隔環70彼此保持有期望的軸向間距。
[0083]真空栗10還包括四個沿徑向方向交錯地布置且以起栗作用的方式彼此串聯聯接的霍爾維克栗級。霍爾維克栗級的轉子包括與轉子軸15—件式構造的轉子轂72和兩個緊固在轉子轂72上且由其承載的圓柱套形的霍爾維克轉子套筒74、76，這些霍爾維克轉子套筒同軸于轉子軸線14地定向并沿徑向方向交錯地嵌套。此外，設置有兩個圓柱套形的霍爾維克定子套筒78、80，它們同樣同軸于旋轉軸線14地定向并且沿徑向方向交錯地嵌套。第三霍爾維克定子套筒由殼體64的容納區段132形成，該容納區段用于容納和固定驅動馬達20。
[0084]霍爾維克栗級的主動栗送的表面分別通過霍爾維克轉子套筒74、76、霍爾維克定子套筒78、80和容納區段132的套面，也就是徑向的內面和外面來形成。在構造出徑向的霍爾維克間隙82的情況下，靠外的霍爾維克定子套筒78的徑向內面與靠外的霍爾維克轉子套筒74的徑向外面相對置并且與其形成第一霍爾維克栗級。在構造出徑向的霍爾維克間隙84的情況下，靠外的霍爾維克轉子套筒74的徑向內面與靠內的霍爾維克定子套筒80的徑向外面相對置并且與其形成第二霍爾維克栗級。在構造出徑向的霍爾維克間隙86的情況下，靠內的霍爾維克定子套筒80的徑向內面與靠內的霍爾維克轉子套筒76的徑向外面相對置并且與其形成第三霍爾維克栗級。在構造出徑向的霍爾維克間隙87的情況下，靠內的霍爾維克轉子套筒76的徑向內面與容納區段132的徑向外面相對置并且與其形成第四霍爾維克栗級。
[0085]上文提到的霍爾維特定子套筒78、80和容納區段132的主動栗送的表面分別具有多個以螺旋狀繞旋轉軸線14的方式沿軸向方向延伸的霍爾維克槽，而霍爾維克轉子套筒74、76的相對置的套面平整地構造，并且氣體在真空栗的區域中向前推進。
[0086]為了能轉動地支承轉子軸15，滾動軸承88設置在栗出口12的區域中并且永磁體軸承90設置在栗入口 10的區域中。
[0087]在滾動軸承88的區域中，在轉子軸15上設置有具有朝向滾動軸承88增大的外直徑的圓錐形的頂端螺母92。頂端螺母92與運行介質存儲器的至少一個卸載器滑動接觸。運行介質存儲器包括多個彼此堆疊的可抽吸的盤94，這些盤以用于滾動軸承88的運行介質，例如潤滑劑浸濕。在真空栗運行中，運行介質通過毛細作用從運行介質存儲器經由卸載器傳遞到旋轉的頂端螺母92，并且由于離心力沿著頂端螺母92沿頂端螺母92的外直徑變大的方向輸送到滾動軸承88，在那里該運行介質例如起到潤滑的功能。滾動軸承88和運行介質存儲器通過槽狀的置入件96和真空栗的蓋元件98圍住。
[0088]永磁體軸承包括轉子側的軸承半體100和定子側的軸承半體102，它們分別包括由多個沿軸向方向彼此相疊地堆疊的永磁環104或106組成的環形疊片。磁環104、106在構成徑向軸承間隙108的情況下相對置，其中，轉子側的磁環104在徑向靠外地布置而定子側的磁環106在徑向靠內地布置。在軸承間隙108中存在的磁場引起磁環104、106之間的磁推斥力，其引起轉子軸15的徑向支承。
[0089]轉子側的磁環104由轉子軸的承載區段110來承載，該轉子軸的承載區段徑向上靠外側地包圍磁環104。定子側的磁環106由定子側的承載區段112來承載，該定子側的承載區段穿過磁環106地延伸并且掛在殼體64的徑向支柱114上。與旋轉軸線14平行地，轉子側的磁環104沿一個方向通過與承載區段110聯接的蓋元件116來固定并且沿另一個方向通過承載區段110的徑向凸出的凸肩區段來固定。定子側的磁環106與旋轉軸線14平行地沿一個方向通過與承載區段112連接的緊固環118和布置在緊固環118與磁環106之間的補償元件120來固定并且沿另一個方向通過與承載區段112連接的支撐環122來固定。
[0090]在磁體軸承之中，設置有緊急軸承(Notlager)或扣機軸承124，其在真空栗的正常運行中處于無碰觸狀態，并且首先在轉子16相對定子過度地徑向偏轉時嵌接并且共同運轉，以便形成用于轉子16的徑向止擋，其防止了轉子側的結構件與定子側的結構件的碰撞。扣機軸承124構造為未潤滑的滾動軸承，并且與轉子16和/或定子形成徑向間隙，其引起的是，扣機軸承124在正常的栗運行中脫開嵌接。在其中扣機軸承124處于嵌接的徑向偏轉以如下大小來安排，即，扣機軸承124在真空栗的正常運行中未嵌接，并且同時該徑向偏轉足夠小，從而在任何情況下防止了轉子側的結構件與定子側的結構件的碰撞。
[0091]真空栗包括用于以轉動方式驅動轉子16的驅動馬達20。驅動馬達20包括馬達定子22，其具有芯38和一個或多個在圖1中僅示意性地示出的線圈42，這些線圈固定在芯38的設置在芯38的徑向內側上的槽中。
[0092]驅動馬達20的銜鐵通過轉子16形成，該轉子的轉子軸15延伸穿過馬達定子22。在轉子軸15的延伸穿過馬達定子22的區段上，在徑向外側固定有永磁體設施128。在馬達定子22與轉子16的延伸穿過馬達定子22的區段之間布置有徑向中間腔24，其包括徑向馬達間隙，經由該徑向馬達間隙，馬達定子22和永磁體設施128相互磁影響，用以傳遞驅動力矩。
[0093]永磁體設施128沿軸向方向通過套裝到轉子軸15上的緊固套筒126固定在轉子軸15上。封裝件130在永磁體設施128的徑向外側上圍繞它并且相對中間腔24將它密封。
[0094]馬達定子22在殼體64中通過相對殼體固定的容納區段132固定，該容納區段在徑向外側包圍馬達定子22并且沿徑向和軸向的方向支撐馬達定子22。容納區段132與轉子轂72共同限界出馬達腔18，在該馬達腔中容納有驅動馬達20。
[0095]馬達腔18具有布置在中間腔24的一側上的且與內置的、第四霍爾維克栗級導氣地連接的入口 28和布置在中間腔24的相對置的側上的且與栗入口 12導氣地連接的出口 30。
[0096]馬達定子22的芯38在其徑向外側上在圖1中靠左示出的區域中具有留空部34，其與容納區段132的相鄰的區域共同形成通道32，通過該通道，輸送到馬達腔18中的過程氣體能從入口 28經過中間腔24輸送到出口 30。
[0097]在圖1中通過箭頭26說明了氣體路徑，在該氣體路徑上，過程氣體從栗入口10到達栗出口 12。過程氣體從栗入口 10出發首先經過渦輪分子的栗級并且緊接著經過第四霍爾維特栗級來輸送。從第四霍爾維特栗級逸出的氣體到達馬達腔18中并且由馬達腔18的入口 28穿過通道32輸送到馬達腔18的出口 30和栗出口 12。
[0098]在圖1的真空栗中，緊固在轉子軸15上的徑向的轉子盤66和布置在轉子盤66之間且固定在真空栗的殼體64上的定子盤68分別成對地形成渦輪分子的栗級。
[0099]在圖2示出轉子盤66的俯視圖，該轉子盤具有在徑向靠內放置的承載環136，在徑向靠外延伸且沿承載環136的周向方向來看彼此錯開地布置的葉片134布置在該承載環上。在轉子盤66的承載環136的徑向內面與轉子軸15的徑向外面之間存在橫向壓力連接，其使提到的面以如下方式相互擠壓，即，確保了轉子盤66牢固且特別可靠地安置在轉子軸15上。
[0100]圖3示出具有多個轉子盤66的設施，這些轉子盤以上文參考圖2所述的方式布置在轉子軸15上。沿軸向方向來看，轉子盤66與定子盤68交替，如上文參考圖1所述的那樣。在圖3中，在轉子盤68中僅示出葉片140，它們從定子盤68的沿徑向在外側布置且由真空栗的殼體來承載的承載環來看沿徑向方向向內延伸。
[0101]在每個承載環136上，沿軸向方向來看，在葉片134上方和下方分別布置有加固環138.在各個加固環138的徑向內面與各個加固環138的徑向外面之間還可以構造橫向壓力連接。由此，可以改進各個轉子盤66在轉子軸15上的安置的強度。
[0102]因此，在上文所述的變型方案中，每個轉子盤66由具有布置在其上的葉片134的承載環136組成。以相應的方式，每個定子盤68由具有布置在其上的葉片140的承載環組成。轉子盤66或定子盤68是構件的示例，其根據本發明特別有利地借助生成式制造方法來制造，因為以此尤其可以特別簡單地實現葉片134、140的相對復雜的幾何結構。在此，生成式制造方法包括的是，轉子盤66或定子盤68根據下列方法中的其中至少一種來制造:立體石版印刷、激光熔融、激光燒結、選擇性激光燒結、層壓法、擠出、熔融沉積造型、層片疊加造型或3D打印。在此，構件66、68可以分層地由兩個或多個構件層來構造，它們借助生成式制造方法在時間上依次地且在空間上彼此相疊地產生。在此，也可以借助疊層拼合彼此疊置的構件層。
[0103]為了制造構件，優選使用至少一種粉末材料。為了制造承載環(參見定子盤66的承載環136)尤其使用與用于制造葉片(參見葉片134和140)不同的粉末材料。例如，借助生成式制造方法，承載環可以由鋁來制造而葉片可以由鈦來制造。在此，在承載環與葉片的連接部位上，可以形成具有金屬間化合的連接的鋁鈦過渡部。
[0104]借助生成式制造方法制造轉子盤66和定子盤68僅被視為示例性的。顯然也可以借助生成式制造方法來制造其他構件，尤其是那些具有復雜的幾何結構和/或在真空栗運行時承受尚負荷的構件。
[0105]也可以借助生成式制造方法來制造與圖1所示的渦輪分子栗不同的真空栗類型的構件。例如，可以借助提到的方法來制造搖桿活塞栗的構件。例如可以生成式地制成搖桿活塞栗的轉子，其中，尤其可以以簡單的方式、以很少的材料耗費且帶有很少的廢料地產生在轉子上設置的蜂窩狀結構。
【主權項】
1.一種用于制造真空栗、尤其是渦輪分子栗或搖桿活塞栗的構件(66、68)的方法，其特征在于，所述構件(66、68)借助生成式制造方法來制造。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成式制造方法包括:所述構件(66、68)根據下列方法中的其中至少一種來制造:立體石版印刷、激光熔融、激光燒結、選擇性激光燒結、層壓法、擠出、熔融沉積造型、層片疊加造型或3D打印。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述構件(66、68)基于至少一個計算機內部的所述構件(66、68)的數據模型來制造。4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述構件(66、68)借助化學和/或物理過程由至少一種無定形或中性形狀的材料制成。5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述構件(66、68)由至少兩個構件層構造，所述構件層在時間上依次地且在空間上至少基本上彼此相疊地制成。6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述構件(66、68)的至少兩個構件層借助疊層來拼合。7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為了制造所述構件(66、68)，使用至少一種粉末材料。8.用于真空栗、尤其是用于渦輪分子栗或搖桿活塞栗的構件和/或按照上述權利要求中任一項所述的方法來制造或能按照其來制造的構件，其特征在于，所述構件(66、68)由粉末材料構造。9.根據權利要求8所述的構件，其特征在于，所述粉末材料包含鋁或鈦或由鋁和鈦構成的組合物，尤其是具有金屬間化合的連接的鋁鈦過渡部。10.根據權利要求8或9所述的構件，其特征在于，所述構件(66、68)由至少兩個、尤其是疊層的構件層構造。11.根據權利要求8至10中任一項所述的構件，其特征在于，所述構件(66、68)是渦輪分子栗的渦輪分子的栗級的轉子盤(66)或定子盤(68)，其中，優選地，盤(66、68)具有基體(136)、尤其是承載盤和布置在所述基體(136)上的葉片(134、140)，并且所述基體(136)由一種材料、尤其是鋁構成，而所述葉片(134、140)由另一種材料、尤其是鈦構成。12.根據權利要求8至11中任一項所述的構件，其特征在于，所述構件(66、68)是環狀構件。13.—種具有至少一個根據權利要求8至12中任一項所述的構件的真空栗，尤其是渦輪分子栗或搖桿活塞栗。
【文檔編號】F04D19/04GK106064291SQ201610243828
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月19日 公開號201610243828.9, CN 106064291 A, CN 106064291A, CN 201610243828, CN-A-106064291, CN106064291 A, CN106064291A, CN201610243828, CN201610243828.9
【發明人】于爾根·容, 延斯·凱勒, 揚·霍夫曼
【申請人】普發真空有限公司