专利名称：用于安装在压排机尤其是泵中的双输送螺纹的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于安装在压排机尤其是泵中的双输送螺纹，尤其用于轴线平行的以＞720°的包缠角的反向外啮合，并实施为端面轮廓相同，各带有一个摆线形的空心齿面，该双螺纹在壳体中构成一个没有气孔连接的良好隔堵的轴向腔室次序。
下面描述已知的各种类型的双输送螺纹及其特性。
第一种这样的双螺纹中，每个输送螺纹分别有多个在一公共轴上轴向前后布置的螺纹体。
在文献EP 0496170 A2和DE 4316735 A1中公开的双螺纹具有包缠方向不同的螺纹体。这里划分了体积流量，从而省去了关键性的动态密封。另外即使对单头的非点对称断面也保证动态平衡。
文献JP 63-36086和DE 19522559 A1同样示出了该第一种类型的螺纹对，但这里前后布置的螺纹体具有不同的螺距。由此使压缩区轴向膨胀，从而壳体的热交换面积增大，导致外部冷却改善。
在DE 19614562 A1中公开的螺旋泵(Schraubenpumpe)中结合了上述两个特征，即在一个轴上前后布置的螺纹体具有不同的包缠方向和不同的螺距。
上述第一种双螺纹的缺点尤其在于，相对每个螺杆带有一个螺纹体来说增加了费用。此外，除了专利申请DE 19522559 A1，所有前述公开物都是单头转子，尽管完全平衡，但由于其长度很长而强烈倾向于弯曲振动，这不适合高转速的泵。
第二种双输送螺纹中，螺纹是多头的，且断面点对称。具体地，“Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag”公司的SRM断面即属于此类，其中，两个转子具有不同的齿数，转子中的以个是“凸出的”，另一个是“凹入的”。在这些公知的断面中没有不平衡问题，因为它们是点对称的。这不仅涉及带有镜象齿面的“对称”断面，而且也涉及带有不同齿面的“非对称”断面。
该第二种双螺纹的缺点在于，它们不能在一个泵壳体中构成一个轴向的腔室次序，因为位于两个壳体孔的切割线上的壳体棱边处，形成了一个所谓的气孔。螺纹具有大螺距小包缠角，由此即使在高转速下也获得良好的极限真空和良好的效率。此外在带有这种双螺纹的压缩机中视功能而定要求端面侧的端盖。
冷却这种转子的可能性，一方面可以是公知的并广泛应用的“液体喷射”，但这不适于所有应用场合，另一方面是一个内部冷却系统，其中冷却介质通过转子导入。专利文献DE 914886，US 2714314和US 2441771公开了后面一种类型的冷却系统。
下述第三种双螺纹同样属于点对称。
专利申请DE 19522559 A1和DE 19522560 A1中公开了带有两头矩形断面的双螺纹。在全面理解后，以这种输送螺纹实现的泵设计代表了目前最先进最灵活的设计。两头矩形断面允许高转速无弯曲振动，且可以不带端面侧的端盖工作。但另一方面正是因为这种矩形断面，使得只有在很小的螺距和很大的包缠角结合高转速(8000秒-1)的条件下才能形成足够良好隔堵从而泄漏很少的轴向腔室次序，也就是说，在低转速和中等转速范围内的运行导致很差的极限真空和很差的效率。此处泵的冷却是在固定部分上按常规地通过冷却液实现。转子的冷却在根据压力侧的同轴孔的热辐射原理实现。对于用流动冷却介质的有效内部冷却系统，这种转子的几何结构没有空间。
在专利文献DE 4224969 C1中公开的双螺纹中带有相同的螺纹深度、相同的螺纹头数和两侧对称的齿面轮廓，通过校正齿面轮廓减少损失缝隙。但对于通过这种措施所获得的改进没有信息。
下面描述的第四种也是最后一种双螺纹具有单头断面。
已知的一种带有这种类型转子的泵由Kashiyama制造，具有一侧支承的转子，所述转子具有单头矩形断面。在几何形状、转速、泄漏、极限真空和效率方面，这种泵与上述由DE 19522559 A1和DE 19522560 A1公开的两头矩形断面有同样的问题。附加的平衡问题由端侧中心部位的凹穴解决。在制造商看来，强烈受限的应用范围和很小的尺寸使冷却成为多余。
文献GB 112104，GB 670395，GB 746628和WO 97/21926中公开了带有空心齿面的单头断面的双螺纹。通过将单头断面的每个齿面设计成延长的摆线(空心齿面)，交替地形成对称的啮合线，该啮合线从壳体内棱边到芯圆沿着螺纹外轮廓延伸。该啮合线将泵的内腔分成沿轴向迁移重叠布置的工作室，工作室的长度两倍于螺距。大包缠角(＞720°)可获得良好的隔堵完全没有气孔，并且对于中等转速(3000秒-1)和小转速也能达到高效率和很好的极限真空。输出控制不是通过一个端盖强制进行；螺纹本身能够单独起作用。实现这种单头输送螺纹时重要的是平衡方法。通过形成端面的和/或内部的空腔、切掉外部的不重要的螺纹件、采用不同密度的材料以及改变包缠角来达到静态平衡和动态平衡。代表这种方法的现有技术的文献是JP 62291486，WO 97/21925，JP 0230 5393和WO 98/11351。
不能实现无弯曲振动的运行，尤其是在高转速和细长转子的情况下。此外不能实现有效的转子内部冷却，因为为此要求显著的平衡空腔部位。
从这些现有技术出发，本发明的任务是提供一种输送螺纹付，其能在很宽的转速范围内(约1000-8000秒-1)无问题地运行，并且借助该输送螺纹付即使在低转速直到较高的范围都能获得良好的真空以及无弯曲振动的运行。此外，输送螺纹应使一个有效的转子内部冷却系统能够安装，这尤其对较大的泵(＞200米3/小时)更有意义。
这里还应注意，某些提出的方案只是假想方案。例如在文献US 4224016和AU 261792中所述的带有多个空心齿面的点对称断面转子。借助这种断面尽管可以构成螺纹转子，但这些转子在一个壳体内不能构成轴向腔室次序，而相反的是所有部分容积都相互连接，从而无法实现压排机。
为了解决上述任务，根据本发明的双输送螺纹的特征在于，端面轮廓是多头的但不是点对称的，一个齿的刚好一个齿面设计成摆线形空心齿面，其它所有齿面基本是凸起弯曲，通过相应地构成唯一的一条端面轮廓边界曲线使轮廓重心与旋转中心一致。
按照一种设计方案，在转子内部的齿部位，设有螺纹形的通道，冷却介质流过该通道。
下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图表示
图1是在一个壳体内的双输送螺纹付，对应于图3中的I-I线的横截面，图2是顶圆弧线不同的双输送螺纹付的横截面，图3是带有内部冷却通道的双输送螺纹，沿图1中箭头III方向的局部剖视图。
图1示意示出了以3表示的壳体的横截面，根据本发明的第一个实施例的双输送螺纹1和2位于该壳体中。图1的视图是沿着图3中的I-I线剖切的，但其中没有示出图3中11表示的通道。所示的每个螺纹具有一个同一的相关联的螺纹体，并且最好是用于带有外置同步装置的干运行泵。螺纹的断面由下述边界曲线组成一个空心齿面6在其径向外端部经一个棱边7过渡到一个顶圆弧线K。摆线形的空心齿面6在其径向内端部切向过渡到根圆弧线F。在根圆弧线的另一端经一个过渡半径连接到第一凸齿面8，在该齿面8的径向外端部接有另一个顶圆弧线K。在该另一个顶圆弧线的另一端是第二凸齿面9，该齿面9本身经一个过渡半径过渡到另一个根圆弧线F。在该另一个根圆弧线的另一端，轮廓又经一个过渡半径过渡到第三凸齿面10，该齿面10在其径向外端部接到已述及的顶圆。上述边界曲线的形状和相互位置这样选择，即端面轮廓的横截面的平面重心刚好与相关输送螺纹的转轴重合。由此平衡措施成为多余，在输送螺纹内部可以设置冷却通道，如图3附图标记11所示。
图2示出了根据本发明第二个实施例的双输送螺纹，为了遵循上述条件，即轮廓断面重心与旋转中心重合，每个输送螺纹的两个顶圆弧bK1和bK2的半径rK1，rK2不必如图1所示相同。根据图2，rK1＞rK2，从而在与凸齿面8和9相邻的顶圆弧K和壳体内壁之间有明显的间隙。但该间隙对工作室的隔堵没有什么意义，因为这在棱边7和与之相邻的顶圆弧处完成。不同的根圆半径rF1，rF2由轴距和顶圆半径rK1，rK2强制产生。借助该实施例，增大了形成工作腔的壳体3和转子1，2的表面，这与转子内冷却相结合很有利。
图3以沿图1中箭头III方向的局部剖视图示出了图1的双输送螺纹。两头转子镜象设计并相互啮合。在其内部有一个螺纹形的通道11，工作时冷却介质流过该通道。每个转子设计成单体。当然也可以每个转子由一个转子轴4和一个螺纹体5组装而成，它们可以用相同或不同的材料制造。由于有利的端面轮廓形状，在这种情况下也可以用较小强度的材料。如果取消转子内冷却，也可使用不可浇注的特殊材料。
权利要求
1.用于安装在压排机尤其是泵中的双输送螺纹(1，2)，尤其用于轴线平行的以＞720°的包缠角的反向外啮合，并实施为端面轮廓相同，各带有一个摆线形的空心齿面，该双螺纹在一个壳体(3)中构成一个没有气孔连接的良好隔堵的轴向腔室次序，其特征在于，端面轮廓是多头的但不是点对称的，一个齿的刚好一个齿面设计成摆线形的空心齿面(6)，所有其它的至少三个齿面(8，9，10)基本凸起弯曲，通过相应地构成唯一的一条端面轮廓边界曲线使轮廓重心与旋转中心一致。
2.根据权利要求1所述的双输送螺纹，其特征在于，端面轮廓具有两个齿，由所谓摆线形空心齿面(6)，三个凸齿面(8，9，10)，两个半径相同的顶圆弧线(K)和两个半径相同的根圆弧线(F)构成。
3.根据权利要求2所述的双输送螺纹，其特征在于，与空心齿面(6)接在同一根圆弧线(F)上的第一凸齿面(8)，和与空心齿面(6)接在同一顶圆弧线(K)上的第三凸齿面(10)是全等的。
4.根据权利要求3所述的双输送螺纹，其特征在于，第二凸齿面(9)与第一(8)和第三凸齿面(10)成镜象设计。
5.根据权利要求1所述的双输送螺纹，其特征在于，并非所有顶圆弧线(K)因而并非所有根圆弧线(F)是半径相同的，最大的与壳体孔对应的顶圆属于带有空心齿面(6)的齿。
6.根据权利要求1至5之一所述的双输送螺纹，其特征在于，各螺纹都设计为单体形式(Monobloc-Bauweise)。
7.根据权利要求1至5之一所述的双输送螺纹，其特征在于，各螺纹由多块组装而成。
8.根据权利要求7所述的双输送螺纹，其特征在于，转子轴(4)和螺纹体(5)由不同的材料制造。
9.根据权利要求1至8之一所述的双输送螺纹，其特征在于，在螺纹内部的齿部位，设有螺旋形通道(11)，其用于使冷却介质流过。
10.根据权利要求1至9之一所述的双输送螺纹，其特征在于，螺距沿着轴线变化。
11.根据权利要求10所述的双输送螺纹，其特征在于，轮廓沿着轴线变化。
全文摘要
已知的多头双输送螺纹具有点对称的轮廓,小螺距和很大的包缠角,由于工作室之间的剩余气孔损失(Rest－Blasloch－Verluste)必须高速运转。备有摆线形空心齿面的已知螺纹轮廓实现了在单头和多头实施结构中无气孔连接的工作室隔堵,并且在中等转速和低转速下有良好的真空和良好的效率,但不适用较高转速。本发明消除了这一缺点,结合了上述已知实施结构的优点。通过带有非点对称的、多头的、重心位置位于中心的端面轮廓的输送螺纹(1,2),提供了一个对很宽转速范围的同一的解决方案。这种输送螺纹一方面没有气孔损失,另一方面也适用于高速运转,并且由于没有平衡空穴而可以设置对称通道以进行内部冷却。这种与过程控制的极佳匹配可能开辟了在医药、化学、半导体技术中的广阔应用领域。
文档编号F04C2/16GK1334904SQ99816093
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月7日 优先权日1999年2月8日
发明者U·贝歇尔 申请人:阿特里尔斯布希股份有限公司