干式气体泵和多个干式气体泵的组的制作方法

1.本发明涉及泵送和压缩气体的领域。更具体地，本发明涉及干式气体泵和多个干式气体泵的组。


背景技术：

2.一种类型的干式气体泵是螺杆泵。螺杆泵包括啮合并且以相反的方向驱动的两个螺杆，每个螺杆在平行的两个旋转轴线中的一个上。在某些混合泵的情况下，每个螺杆从属于一个转子，该转子还包括凸轮(lobe)部分，使得螺杆泵和凸轮泵因此相结合，例如在美国专利us 7 611 340b2中便是这种情况。
3.在螺杆泵中，螺杆的螺纹可以沿该螺杆变化，从而限定在该螺杆上游端和它的下游端之间的气体的内部压缩率。例如，该螺杆的螺纹可以借助于每个螺纹的螺距的渐进式改变或阶梯式改变来变化。同样在螺杆泵中，可以沿螺杆改变螺纹的圈数，也就是说，该螺杆的长度可以被改变，以便修改动态“紧密度”，并因此修改该螺杆泵获得的最终压力或最终真空。在任何情况下，对每个螺杆来说，对压缩率的修改需要实现新的螺杆形式，而在螺杆泵中，具有可变螺纹的螺杆的形状是非常复杂的，因此非常难以设计和加工。
4.为了修改螺杆泵的额定流量，在保持相同旋转速度和相同间距的情况下，可以修改螺杆的上游端的螺距和/或修改螺纹的底部直径，并因此修改该螺纹的峰顶直径(螺纹轮廓高度)。这些修改必须被保持在旋转时机械稳定性的限制内以及被保持在工业加工可能性的限制内。在任何情况下，对每个螺杆来说，对额定流量的改变需要实现新的螺杆形式，而在螺杆泵中，具有可变螺纹的螺杆的形状是非常复杂的，因此非常难以设计和加工。


技术实现要素：

5.本发明至少具有简化设计和/或创建具有不同压缩率的一系列干式气体泵的目的。更具体地，本发明具有创建一系列干式气体泵的目的，在体积、能耗等方面具有相同或类似的限制下，所述干式气体泵具有可变螺距螺杆泵的灵活性和优势，但其具有的转子具有更易于设计和/或加工的轮廓。
6.根据本发明，这个目的是借助于干式气体泵实现的，该干式气体泵包括：第一转子，该第一转子包括第一凸轮部分和第一螺杆，第二转子，该第二转子包括第二凸轮部分和第二螺杆，以及外壳，第一转子和第二转子旋转地安装在所述外壳中，使得第一螺杆和第二螺杆啮合，并且第一凸轮部分和第二凸轮部分相互接合的。该外壳界定内部容积，第一螺杆和第二螺杆以及第一凸轮部分和第二凸轮部分共同定位在该内部容积中。至少一个入口在第一凸轮部分和第二凸轮部分处进入该内部容积中。该内部容积的至少一个出口关于第一螺杆和第二螺杆与所述入口相对地定位。第一螺杆和第二螺杆中的每一个均包括沿其长度不可变的螺纹。第一转子和第二转子在相反方向上旋转，使得能够以以下配置依次定位：
7.■
第一配置，在该第一配置中第一凸轮部分和第二凸轮部分、第一螺杆的一部分、第二螺杆的一部分以及外壳共同界定封闭的腔室，
8.■
第二配置，在该第二配置中腔室始终由第一凸轮部分和第二凸轮部分、第一螺杆的一部分、第二螺杆的一部分以及外壳界定，使得所述腔室被封闭，并且具有比第一配置更小的容量，
9.■
第三配置，在该第三配置中腔室在第一螺杆和第二螺杆处完全移位，并且该腔室至少通过第一螺杆的螺纹的螺旋线、第二螺杆的螺纹的螺旋线以及由第一螺杆的螺旋线和第二螺杆的螺旋线的交叉所形成的阻断来与凸轮部分隔离，以及
10.■
第四配置，在该第四配置中腔室在第一螺杆和第二螺杆的下游端处移位，并且与出口连通。
11.第一螺杆和第二螺杆具有阻断和打开腔室的作用。第一凸轮部分和第二凸轮部分具有实施压缩的作用。因此，第一螺杆和第二螺杆不具有实施压缩的作用，而且所述第一螺杆和第二螺杆中的每一个的螺纹是在其长度上不可变的。由于这个原因，与可变螺纹的螺杆相比，这些第一螺杆和第二螺杆不难设计、不难生产。
12.此外，压缩率是关于第一凸轮部分和第二凸轮部分的函数。该压缩率可以通过调整第一凸轮部分和第二凸轮部分在轴向方向上的尺寸来修改。从给定的第一螺杆和给定的第二螺杆开始，根据与这些第一螺杆和第二螺杆相关联的凸轮部分的轴向尺寸，从而可以构造出不具有相同压缩率的泵。此外，所述凸轮部分的生产难度远低于螺杆。
13.因此，得益于本发明，可以更容易地设计和生产具有不同压缩率的一系列干式气体泵。
14.上文限定的干式气体泵可以单独或组合地包含一个或多个其他有利的特征，特别是包括下文限定的这些特征。
15.优选地，所述第一凸轮部分和所述第二凸轮部分包括凸轮，每个凸轮通过第一螺杆和第二螺杆的螺纹的螺旋线之一延伸。
16.优选地，所述第一凸轮部分的凸轮的数量等于第一螺杆的螺纹的螺旋线的数量，所述第二凸轮部分的凸轮的数量等于第二螺杆的螺纹的螺旋线的数量。
17.优选地，所述出口距第一螺杆和第二螺杆相隔地定位。
18.优选地，所述腔室是多个连续腔室中的一个，所述多个连续腔室由第一转子和第二转子以及外壳共同界定。
19.优选地，无论第一转子和第二转子各自的角度位置如何，在连续腔室中总是有两个封闭的腔室。
20.优选地，其中一个连续腔室是收集腔室，该收集腔室具有来自内部容积的出口。
21.优选地，所述第一螺杆的螺纹和所述第二螺杆的螺纹界定螺旋槽，这些螺旋槽的下游端是开放的，并且无论第一转子和第二转子的角度位置如何，该下游端进入收集腔室。在这种情况下时，第一螺杆和第二螺杆不进行任何压缩。因为气体压缩而产生的气体加热基本上出现在第一凸轮部分和第二凸轮部分处。出于这个原因，在运行中可更容易地防止第一螺杆和第二螺杆的温度大幅上升，从而防止在这些第一螺杆和第二螺杆中因膨胀而产生显著地变形。
22.优选地，其中一个连续腔室是与入口连通的吸入腔室。
23.优选地，所述第一转子是公转子，第二转子是母转子。
24.优选地，与所述第一转子相比，所述第二转子包括再多一个凸轮。
25.优选地，所述第一转子所包括的多个凸轮的数量为两个，所述第二转子所包括的多个凸轮的数量为三个。
26.优选地，所述第一转子的横截面，除其角度定向外，在第一凸轮部分处和第一螺杆处相同，而第二转子的横截面，除其角度定向外，在第二凸轮部分处和第二螺杆处相同。
27.优选地，所述第一转子包括保持在一起的至少两个单体元件，所述至少两个单体元件是至少包括第一螺杆的第一单体元件和至少包括第一凸轮部分的一部分的第二单体元件。
28.本发明还具有如之前限定的多个干式气体泵的组的主题。该组的第一干式气体泵的第一螺杆和该组的第二干式气体泵的第一螺杆相同，第一干式气体泵的第二螺杆和第二干式气体泵的第二螺杆相同，第一干式气体泵的第一凸轮部分和第二凸轮部分所具有的轴向尺寸是第一轴向尺寸，第二干式气体泵的第一凸轮部分和第二凸轮部分所具有的轴向尺寸是与所述第一轴向尺寸不同的第二轴向尺寸。
附图说明
29.其他优点和特征从所附附图中表示的并且以非限制性实施例的方式给出的本发明的一个具体实施方案的描述将显得更加清楚，其中：
30.图1是根据本发明的一个实施方案的干式气体泵的轴向截面图和示意图；
31.图2是立体视图，表示图1的泵的两个组成转子，并且为了简化省略了这些转子的轴；
32.图3是侧视图和分解图，表示图1的泵的两个转子中的单独一个转子，并且为了简化省略了所表示的转子的轴；
33.图4是如图2和图3一样被简化的视图，表示与图2相同的转子，以及由图1的泵中的这些转子部分地界定的腔室，其中从一端观察转子；
34.图5是如图2和图3一样被简化的立体视图，表示与图2相同的转子，以及由图1的泵中的这些转子部分地界定的腔室；
35.图6是立体视图，表示在图4和图5中可见的腔室中的一个腔室；
36.图7是立体视图，表示与图6相同、但之后的腔室，也就是说，该腔室所处的时刻在如图6中所表示的这个腔室所处的时刻之后；
37.图8是立体视图，表示与图6和图7相同、但之后的腔室，也就是说，该腔室所处的时刻在如图7中所表示的这个腔室所处的时刻之后；以及
38.图9是曲线图，表示图6至图8的腔室的容量随时间的演变。
具体实施方式
39.在图1中，根据本发明的一个实施方案的干式气体泵包括第一转子1和第二转子2，第一转子1和第二转子2以若干部件保持组装的方式安装在外壳3中。
40.多个轴承5支撑第一转子1的轴6，使得此第一转子1在旋转轴线x1‑
x'1上旋转。多个轴承7支撑第二转子2的轴8，使得此第二转子2在平行于旋转轴线x1‑
x'1的旋转轴线x2‑
x'2上旋转。在这里所指和所附权利要求的意义上，轴向方向是与旋转轴线x1‑
x'1和x2‑
x'2平行的方向，而轴向尺寸是在与旋转轴线x1‑
x'1和x2‑
x'2平行的方向上的尺寸。
41.轴8的一端与用于驱动第一转子1和第二转子2的马达10联接。与马达10相对，第二转子2的轴8承载齿形轮11，该齿形轮与第一转子1的轴6所承载的齿形轮12啮合。齿形轮11和12形成齿轮传动，该齿轮传动的齿轮比等于3/2，使得第一转子1转动的比第二转子2更快。
42.第一转子1包括第一凸轮部分1a和第一螺杆1b，它们在轴向上跟随彼此，它们之间没有距离。第二转子2包括第二凸轮部分2a和第二螺杆2b，它们在轴向上跟随彼此，它们之间没有距离。第一凸轮部分1a、第一螺杆1b、第二凸轮部分2a和第二螺杆2b均在同一个内部容积14中，外壳3界定该内部容积，没有对该内部容积进行分区。
43.用于吸入气体的入口15穿过外壳3，并且在第一凸轮部分2a和第二凸轮部分2b处，在穿过旋转轴线x1‑
x'1和x2‑
x'2的平面的一侧，进入到内部容积14中。用于排放气体的出口16穿过外壳3，并且在收集腔室18处与内部容积14连通，该收集腔室由内部容积14的下游部分构成，该收集腔室位于第一螺杆1b和第二螺杆2b的出口处，也就是说，关于这些第一螺杆1b和第二螺杆2b，与第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a相对。
44.内部容积14至少在第一螺杆1b和第二螺杆2b处是圆柱形的，由两个相互穿透的旋转圆柱体的结合构成，所述两个相互穿透的旋转圆柱体各自的轴线是旋转轴线x1‑
x'1和x2‑
x'2。在第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a处，至少在关于包含旋转轴线x1‑
x'1和x2‑
x'2的平面与入口15相对的一侧上，内部容积14是呈相同方式的圆柱形。在入口15处，内部容积14的下游和侧向部分可以构成吸入腔室，在该吸入腔室处内部容积14被侧向地扩大，并且形成入口15。
45.附图标记17指定了装置，每个装置在外壳3与轴6和轴8之一之间实现密封。
46.从图2中可以看出，第一转子1是公转子。第一凸轮部分1a包括多个相同的凸轮20，并且在所表示的实施方案中凸轮20的数量为两个。螺杆1b包括由螺旋线21形成的螺纹，所述螺旋线的数量与此处凸轮20的数量相同。这个螺纹在螺杆1b的整个长度上是不可变的。该螺纹的螺距、平均直径和轮廓，也就是说，沿穿过旋转轴线x1‑
x'1的轴向平面的该螺纹的截面的形状和尺寸，在螺杆1b的整个长度上是不可变的。每个凸轮20通过两个相同的螺旋线21之一延伸。凸轮20的数量可以不同于两个。这同样适用于螺旋线21的数量。
47.第二转子2是母转子。第二凸轮部分2a包括多个相同的凸轮22，并且在所表示的实施方案中凸轮22的数量为三个。螺杆2b包括由螺旋线23形成的螺纹，所述螺旋线的数量与此处凸轮22的数量相同。这个螺纹在螺杆2b的整个长度上是不可变的。该螺纹的螺距、平均直径和轮廓，也就是说，沿穿过旋转轴线x2‑
x'2的轴向平面的该螺纹的截面的形状和尺寸，在螺杆2b的整个长度上是不可变的。每个凸轮22通过三个相同的螺旋线23之一延伸。凸轮22的数量可以与不同于两个。这同样适用于螺旋线23的数量。
48.第一凸轮部分1a与第二凸轮部分2a啮合。第一螺杆1b与第二螺杆2b互锁。
49.第一转子1的横截面，除其角度定向外，在第一凸轮部分1a和第一螺杆1b处是相同的。以相同的方式，第二转子2的横截面，除其角度定向外，在第二凸轮部分2a和第二螺杆2b处是相同的。
50.如可以从图3中很好地看出的，第一转子1由多个单体元件组装而成，其中第一单体元件包括第一凸轮部分1a，并且其中第二单体元件包括第一螺杆1b。轴6可以是第一转子1的第一单体元件的一部分，或可以是第一转子1的第二单体元件的一部分。同样地，第一转
子1的第三单体元件可以构成轴6。第二转子2由多个单体元件组装而成，其中第一单体元件包括第二凸轮部分2a，并且其中第二单体元件包括第二螺杆2b。轴8可以是第二转子2的第一单体元件的一部分，或可以是第二转子2的第二单体元件的一部分。同样地，区别于第二转子2的第一单体元件和第二单体元件的单体元件可以构成轴8。
51.在任何时候，第一转子1、第二转子2和外壳3共同地界定多个连续的腔室，所述多个连续的腔室中的某些腔室在图4中可见，而所述多个连续的腔室中的全部腔室均在图5中可见。这些连续的腔室中有收集腔室18、上面提到的并且在图4和图5中由附图标记25指定的吸入腔室、以及腔室30、31、32和33。
52.当第一转子1和第二转子2位于图4和图5中所表示的配置中时，腔室30、31、32和33被封闭。当图1的干式气体泵运行时，第一转子1和第二转子在相反方向上转动，如图4中的箭头所指。因此，腔室30、31、32和33演变，这由图6至图8例示，图6至图8表示了连续时刻下的单个腔室30。
53.当第一转子1和第二转子2位于图4和图5中所表示的配置中时，腔室30如图6所示。在第一转子1和第二转子2分别从它们在图3和图4中具有的位置转了半圈和转了三分之一圈后，腔室30如图7所示。当所述腔室如图7所示时，腔室30具有在图3和图4中的腔室31所具有的形状和位置。在第一转子1和第二转子2分别从它们在图3和图4中具有的位置转了一圈和转了2/3圈后，腔室30如图8所示。当所述腔室如图8所示时，腔室30具有在图3和图4中的腔室32所具有的形状和位置。
54.现在将描述的是，当第一转子和第二转子在相反方向上连续地转动时，腔室30随时间的演变。
55.在图6中，腔室30在其下游端，也就是说在p1处，被螺旋线21和螺旋线23的交叉所阻断从而被封闭。还在图6中，第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a、第一螺杆1b的一部分、第二螺杆2b的一部分以及外壳3共同界定几乎达到它的最大容量的腔室30。
56.第一转子1和第二转子2从它们在图4和图5中的位置开始，继续在相反方向上持续地旋转。因此，第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a到达一个配置，从该配置开始，它们共同减少腔室30的容量，该腔室的下游端仍然在p1处被螺旋线21和螺旋线23的交叉所阻断。在图7中，用第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a共同减少腔室30的容量时刻作为选定时刻表示腔室30。在第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a共同减少腔室30的容量的同时，存在于这个腔室30中的气体发生压缩。
57.当第一转子1和第二转子2继续在相反方向上旋转时，在腔室30中的压缩之后，这个腔室30的上游端被螺旋线21和螺旋线23的交叉所阻断。当发生所述腔室的上游端的阻断后，腔室30如图8所示。腔室30上游端的阻断位于此图8中的p2处。
58.一旦在p2处发生阻断，第一转子1和第二转子2在相反方向上的继续旋转导致腔室30沿轴向方向朝下游移位，而不改变容量。换句话说，当在p2处发生阻断后，腔体30中没有压缩。
59.当腔室30到达第一螺杆1b和第二螺杆2b的下游端时，在这个腔室30中仍然没有压缩，因为出口16距第一螺杆1b和第二螺杆2b有一定距离。
60.图9中的曲线c是腔室30的容量v关于时间t的函数的图形表示。
61.从前述可以看出，第一螺杆1b和第二螺杆2b的作用不是带来容量的减少，并从而
带来压缩。第一螺杆和第二螺杆的作用是在p1处的阻断点进行一系列相同的阻断，这使得当在腔室30中该气体被第一凸轮部分1a和第二凸轮2a压缩时保持气体。第一螺杆和第二螺杆还具有在p2处的阻断点进行一系列相同的阻断的作用，这使得存在于第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a的腔室30中的气体在压缩之后被隔离。
62.因为压缩基本上发生在第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a处，因此由于这种压缩而产生的加热也基本上发生在第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a处。得益于此，可以获得第一螺杆1b和第二螺杆2b的低温升，实现在第一凸轮部分1a和第二凸轮部分2a处的内部体积14的有效冷却。此外，就以下情况而言：由于这种螺杆具有复杂的形状，掌握螺杆膨胀的后果是相当复杂的，因此第一螺杆1b和第二螺杆2b的低温升是有利的。