预加载力工具的制作方法

本发明涉及力计量器（forcegauge），且更特别地涉及用于测量涡轮分子泵中的轴承预加载力的力计量器。本发明还提供包括轴承预加载力计量器和轴承预加载力调节器的轴承预加载工具、以及用于测量轴承预加载力的方法。

背景技术：

真空泵通常包括呈转子形式的叶轮，该转子安装在轴上以相对于环绕的定子旋转。转子轴由轴承布置支撑，该轴承布置包括位于轴的相应端部处或在其中间的两个轴承。通常，上部入口侧轴承可呈被动磁轴承的形式，并且下部出口侧轴承呈滚动轴承的形式。

为了改善滚动轴承性能，可针对正常操作条件施加轴承预加载力，即，转子轴组件将沿一个方向被轴向偏压。通常，轴承预加载力由上部被动磁轴承产生。通常，转子轴被朝向泵入口偏压。

通常，总止动件（grossstop）的特点是限制在正预加载和负预加载之间的轴向移动。总止动件可作用在滚动轴承外圈上或作用在可能联接到轴承外圈的阻尼组件上。

滚动轴承内圈通常联接到涡轮转子轴。当将足够大的力（该力与磁轴承的力相反）被施加到转子时，转子轴组件将被迫沿相反方向轴向地改变位置，这被称为负预加载。从正预加载到负预加载的过渡通常伴随着可听见的噪声，例如，咔哒声或敲击声。

在维修期间，可能需要在滚动轴承更换后进行轴承预加载的测量和调节。这是优选的，以确保轴承在可接受的预加载极限内操作。

已采用了许多方法来测量预加载力，这些方法包括采用力传感器、加载传感器或具有载具（carrier）的砝码。然而，具有其仪器仪表（instrumentation）的力传感器或加载传感器已被证明对于现场使用来说是过分昂贵的。然而，在价格范围的低端，砝码的使用已被证明对于实际使用来说过于复杂且过于笨重。此外，它依赖于操作员的经验和感觉，这增加了操作员培训方面的另外的费用。由于这些原因，需要用于测量轴承预加载力的廉价、简单且准确的方法。

本发明解决了现有技术的这些和其他问题。

技术实现要素：

因此，在第一方面中，本发明提供了用于指示在涡轮分子泵转子轴承上的轴承预加载力的轴承预加载力计量器。

所述计量器可包括：壳体；指示器，其用于指示轴承预加载力；以及致动器，其通过构件联接到叶轮接合表面，该构件被构造成在致动器和叶轮接合表面之间提供弹性偏压。通常，叶轮接合表面可位于叶轮定位构件（例如，叶轮接合钉）的远端处。通常，叶轮定位构件将被构造成使得在使用中，叶轮接合表面接合叶轮轴或联接到叶轮轴并可直接与其一起移动的表面，并且可与该叶轮轴或表面一起移动。因此，被传输到接合表面的力可被传输到叶轮，和/或接合表面的移动可使叶轮移动。

通常，处于静置时和/或在使用期间，叶轮定位构件可在壳体的前方延伸，以便延伸穿过涡轮分子泵壳体到达叶轮。

叶轮定位构件还可包括用于接合弹性偏压构件的表面，例如突起（例如，在定位构件的轴上的径向延伸的周向凸缘）的上表面。

致动器、弹性构件和包括叶轮接合表面的叶轮定位构件可相对于壳体处于滑动布置。也就是说，一个或多个部分与壳体滑动接触。通常，致动器、弹性构件和包括叶轮接合表面的叶轮定位构件将被布置成沿着计量器的纵向轴线和/或相对于壳体以往复运动移动。在使用中，计量器的纵向轴线可与涡轮分子泵的转子轴的轴线基本上对准。

计量器的壳体可被构造成与涡轮分子泵的壳体联接，以便在使用期间使计量器相对于其保持基本上固定。

计量器的壳体还可包括用于调节轴承预加载力的器件。通常，用于调节轴承预加载力的器件将被构造成调节被动磁轴承的内圈相对于其外圈的位置。优选地，能够在不从涡轮分子泵移除计量器的情况下测量和调节轴承预加载力。

计量器可被布置成使得在使用中，通过将叶轮接合表面与泵叶轮联接并且克服弹性偏压使致动器相对于（通常朝向）接合表面移动来指示轴承预加载力。计量器可被构造成使得，当致动器朝向接合表面移动时，由弹性构件提供的恢复（反作用）力增加。通常，弹性构件的恢复（反作用)力增加，直到克服了轴承预加载力（即，轴承预加载力从正的变为负的）为止。通常，当致动器已充分移动以克服轴承预加载力时指示轴承预加载力。

有利地，本发明的轴承预加载计量器能够以任何取向使用。因此，计量器在转子轴和预加载力可能沿非竖直（例如，水平）方向的多级涡轮分子泵的测量中特别有用。

根据本发明的计量器在如下涡轮分子泵中的轴承预加载力的测量中特别有用：该涡轮分子泵具有上部入口侧被动磁轴承和下部出口侧滚动轴承，和/或其中，轴承预加载力是正的（即，沿泵入口的方向）。它们提供了便宜、准确且易于使用的解决方案来测量涡轮分子泵中的轴承预加载力。

弹性构件被构造成在致动器和叶轮接合表面之间提供弹性偏压。也就是说，它弹性地抵抗致动器相对于叶轮接合表面的移动。通常，弹性构件弹性地抵抗致动器朝向叶轮接合表面移动（即，它们被偏压分开）。通常，弹性构件是弹簧，优选地为压缩弹簧，优选地为螺旋压缩弹簧。优选地，弹簧是基本上线性的。可选择弹簧的弹簧刚度，使得在弹簧的压缩范围内实现优选的预加载力范围。

优选地，计量器被构造成使得当克服了轴承预加载力时，轴承预加载力指示器提供关于轴承预加载力是在预定的优选范围内还是在预定的优选范围之外的指示。优选地，当克服了轴承预加载力时，如果轴承预加载力是在所述预定的优选范围内，则轴承预加载力指示器提供轴承预加载力在预定范围内的指示。

附加地或替代性地，当克服了轴承预加载力时，如果轴承预加载力在预定的优选范围之外，则轴承预加载力指示器可提供轴承预加载力在预定的优选范围之外的指示，优选地，提供与当在所述预定的优选范围内时所提供的指示不同的指示。

优选地，当克服了轴承预加载力时，如果轴承预加载力在预定的优选范围之外，则指示器指示轴承预加载力是高于还是低于预定的优选范围。

通常，由指示器提供的指示是视觉的。标记（indicium）可选自包括以下各者的组：被形成在致动器或壳体的表面之中或之上的结构、印刷标记或其组合。指示可包括主要和次要标记。

有利地，本发明的指示器可不包括必须被读取和解释的标度或数字输出。优选地，使用者能够从指示器直接辨别轴承预加载力是否在预定的优选范围内，即，不必参考次要来源来决定轴承预加载力对于该特定的涡轮分子泵是否是可接受的。通常将针对具有具体的泵几何形状和预定的优选轴承预加载力和范围的具体的涡轮分子泵模型来构造计量器。

通常，指示器包括联接到壳体或致动器的标记以及对应的标记识别符，其中，在使用中，标记和识别符可相对于彼此移动以指示轴承预加载力。标记识别符可联接到壳体或致动器中的另一者。通常，标记和识别符中的一者将在使用期间相对于计量器壳体和/或涡轮分子泵壳体保持固定。通常，标记将被形成在壳体或致动器中的一者上，并且标记识别符将被形成在壳体或致动器中的另一者上。

一标记可指示优选的预加载力范围的下限，并且一标记可指示优选的预加载力范围的上限。这些标记可以是单个标记或者是分开的，同样，它们可以是相同的或不同的。

附加地或替代性地，指示器可包括识别轴承预加载力何时在预定的优选预加载力范围内的标记。在实施例中，指示器包括指示优选的预加载力范围的下限的第一标记、识别优选的预加载力范围的第二标记、和指示优选的预加载力范围的上限的第三标记。

在实施例中，标记可呈被形成在计量器壳体的上部部分中的一系列台阶的形式。通常，第一上台阶指示优选的预加载力范围的下限，并且第二（通常相邻）下台阶指示优选的预加载力范围的上限。

附加地，第一台阶和第二台阶可各自包括指示优选的预加载力范围的次要标记。例如，第一次要标记可存在于第一台阶上，其指示在该台阶上方是在预定的优选范围之外。附加地或替代性地，第二台阶可包括与第一标记不同的第二次要标记，其指示在第二台阶上方但在第一台阶下方是在预定的优选范围内。可选地，第三更下的台阶可包括次要标记，其指示在第二台阶下方是在预定的优选范围之外。

第二台阶的次要标记可以是文字的（written）或符号，并且可大致指示积极结果，例如，“通行（go）”、“通过”、绿色或对勾。附加地或替代性地，第一和/或可选的第三台阶的次要标记可以是文字的或符号，并且可大致指示消极结果，例如，“不通行”、“失败”、红色或叉号。

附加地或替代性地，标记识别符可呈在致动器的外表面上的印刷标志、突起或凹痕的形式，其在使用中与致动器一起相对于台阶移动。因此，当被施加到致动器的力克服了轴承预加载力时，识别符相对于标记的位置指示轴承预加载力是否在预定的优选范围内。

替代性地，标记识别符可包括计量器的壳体的一部分，或者在计量器的壳体上的标志、突起或凹痕，并且致动器可包括识别优选的预加载力范围的上限和下限的多个标记或一个标记，致动器可相对于壳体移动。

通常，克服轴承预加载力伴随着可听见的信号，诸如咔哒声。在使用中，使用者能够使用可听见的信号来确定何时已克服了轴承预加载力，且因此确定何时从指示器获得测量值。附加地或替代性地，由于致动器的进一步移动将需要较小的力增加，因此使用者可能够感觉到何时已克服了轴承预加载力。

在实施例中，计量器还可包括用于更改在涡轮分子泵的转子上的轴承预加载力的预加载力调节器。

此外，本发明还提供用于涡轮分子泵的预加载力工具，该预加载力工具被构造成使得轴承预加载力是可调节的，该工具包括预加载力指示器和预加载力调节器。轴承预加载力计量器可包括在本发明的其他方面中所公开的特征中的任一者。

通常，涡轮分子泵将包括施加轴承预加载力的被动磁轴承，并且轴承预加载力调节器将被构造成调节由磁轴承施加的轴承预加载力的大小。轴承预加载力调节器可能够使磁轴承的内圈相对于外圈移动。

优选地，该工具能够用于测量和调节轴承预加载力而不使工具与涡轮分子泵脱离联接。

壳体、致动器和叶轮定位构件可各自使用增材制造（例如，3d打印）来形成。通常，它们将由聚合物制成。弹簧将通常包括弹簧钢或另一合适的合金。

本发明的壳体、致动器和叶轮定位构件可各自由选自包括以下各者的组的材料制成：聚合物、复合材料以及金属或合金。

聚合物是特别优选的，并且可选自包括以下各者的组：弹性体、热塑性材料或热固性材料。热塑性材料是优选的。通常，聚合物选自包括以下各者的组：聚烯烃（诸如，聚乙烯和聚丙烯）；聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯；以及其衍生物和共聚物。

聚合物可附加地包括来自包括以下各者的组的一者或多者：抗静电剂、抗氧化剂、脱模剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂、流动增强剂、填料（包括纳米填料）、光稳定剂和紫外光吸收剂、颜料、抗风化剂和增塑剂。

在另外的方面中，本发明提供了用于指示在涡轮分子泵转子轴承上的轴承预加载力的轴承预加载力计量器，所述计量器包括：壳体；指示器，其用于指示轴承预加载力；以及致动器，其通过构件联接到叶轮定位构件，该构件被构造成在致动器和叶轮定位构件之间提供弹性偏压，其中，壳体、指示器、致动器和叶轮定位构件中的一个或多个是增材制造的。

在本发明的所有方面和实施例中，轴承预加载力的预定的优选范围可在大约5n和大约50n之间，优选地在大约8n和大约10.5n之间。通常，在涡轮分子泵的优选轴承预加载力的任一侧，范围的跨度不大于1.5n，优选地1n。通常，预定的优选轴承预加载力在大约8n和大约10.5n之间，示例为大约9.3n。

将选择弹簧（弹性构件），使得回复（反作用）力可等于在弹簧的压缩范围内的克服轴承预加载力所需要的力。通过选择具有替代性弹簧刚度的替代性弹簧，或者通过更改指示器的布置（例如，指示器的各部分之间的间距，该间距指示预定的优选轴承预加载力的上极限和下极限）或其组合，可改变计量器以适应不同涡轮分子泵的不同预加载力。弹性构件（弹簧）和指示器的构型将被选择成使得在使用中，如果轴承预加载力在预定的优选范围内，则指示器指示情况是这样的，而如果轴承预加载力在预定范围之外，则同样指示器指示情况是那样的。

优选地，指示器上的在指示预定的优选轴承预加载力范围的下端的标记和指示预定的优选轴承预加载加载力范围的上端的标记之间的距离将大于1mm，优选地从大约1mm至大约20mm，例如2mm。

在本发明的所有方面和实施例中，轴承预加载力计量器和/或预加载力工具通常基本上没有电子设备，优选地没有电子设备。通常，计量器和/或工具、且特别地指示器是完全机械的。

在本发明的另外的方面中，提供了测量涡轮分子泵的轴承预加载力的方法。

所述方法可包括以下步骤：提供包括转子轴承的涡轮分子泵，该转子轴承具有被加到其的预加载力；提供预加载力计量器，该预加载力计量器包括：壳体；指示器，其用于指示轴承预加载力；以及致动器，其通过构件联接到叶轮接合表面，该构件被构造成在致动器和叶轮接合表面之间提供弹性偏压；将叶轮接合表面联接到叶轮；克服弹性偏压使致动器相对于接合表面移动，以便克服轴承上的轴承预加载力；以及当克服了轴承预加载力时，从指示器读取轴承预加载力的指示。

根据本发明的任何其他方面或实施例的计量器均可用于所述方法中。

附图说明

现将参考附图通过示例来描述本发明的优选特征，在附图中：

图1示出了轴承预加载力计量器的剖视图；

图2示出了在原位的轴承预加载力计量器的剖视图；

图3示出了轴承预加载力计量器；

图4示出了轴承预加载力计量器的示意图，其图示了指示器优选范围；

图5示出了处于静置的轴承预加载力计量器；

图6示出了呈失败构型（预加载力太低）的轴承预加载力计量器；

图7示出了呈通过构型的轴承预加载力计量器；

图8示出了呈失败构型（预加载力太高）的轴承预加载力计量器；

图9示出了呈一系列构型的替代性指示器。

具体实施方式

本发明提供了用于指示在涡轮分子泵转子轴承上的轴承预加载力的轴承预加载力计量器。

如图1中所图示，在示例中，计量器（100）包括壳体（1）、叶轮定位构件（2）、致动器（4）以及在致动器（4）和叶轮定位构件（2）之间的弹性构件（3）（在所图示的示例中为螺旋压缩弹簧）。

还参考图2，叶轮定位构件（2）被构造成将由致动器（4）施加到其的力传递到涡轮分子泵（7）的叶轮（6）。叶轮定位构件（2）包括：向前部分（8），其被构造成在壳体（1）的前方延伸以与泵叶轮（7）联接；以及径向延伸的周向凸缘（9），其与计量器壳体（1）的内壁（10）可滑动地接合。周向凸缘（9）可沿着叶轮定位构件（2）的长度大致居中地定位，从而将定位构件的向前部分（8）与后部部分（11）划分开。所图示的叶轮定位构件（2）还包括可被可滑动地接收在弹簧（3）和致动器（4）内的向后部分（11）。

叶轮定位构件（2）在其梢端处包括叶轮接合表面（12），该叶轮接合表面在使用中与叶轮（6）联接，优选地，表面（12）直接接合叶轮（6），优选地，该表面直接接合转子轴（13）。

所图示的壳体（1）是大致筒形的，其具有被构造成接收致动器（4）、弹性构件（3）和叶轮定位构件（2）的中心通道。中心通道的壁（由壳体（10）的内壁形成）可包括肋或通道，所述肋或通道被构造成与致动器（4）和/或叶轮定位构件（2）上的对应的突起或凹痕接合以帮助滑动。通道在其近端（17）和远端（18）处还包括肩部（14、15、16），以将致动器（4）和叶轮定位构件（2）保持在壳体（1）内。

壳体（1）在其上表面（22）上还包括一系列台阶（19、20、21）。这些与致动器（4）上的周向凹痕（23）一起形成了用于指示轴承预加载力是否在预定的优选范围内的指示器。

如在图3和4中更好地图示的，在示例中，上台阶（19）指示预定的优选轴承预加载力范围的下限，并且第二台阶（20）指示预定的优选轴承预加载力范围的上限。在该示例中，致动器（4）上的周向凹痕（23）是标记识别符，而这些台阶形成了主要标记。台阶（19、20）还包括形成在其表面中的次要标记“通行”和“不通行”。如果在克服了轴承预加载力时标记识别符（23）位于上台阶（19）和第二台阶（20）之间，则如图4中所图示，这是通过（即，轴承预加载力为在预定的优选范围内）。替代性地，如果在克服了轴承预加载力时标记识别符位于上第一台阶（19）上方，则如图4中所图示，这是失败（轴承预加载力太低）。

如图2中所图示，计量器壳体（1）的下端被构造成与涡轮分子泵（24）的壳体联接，使得计量器壳体（1）相对于泵壳体（24）保持基本上固定，同时进行轴承预加载力测量。例示的壳体（1）的下端（远端）还包括三个调节器驱动支腿（25、26、27）（更好地图示于图5至图8中）。调节器驱动支腿（25、26、27）不但在使用期间有利于计量器（100）的稳定性，而且被构造成允许计量器（100）调节轴承预加载力，这通常通过促进被动磁轴承（30）的内圈（28）相对于其外圈（29）移动来实现。通过使装置（100）沿一个方向绕其纵向轴线（a）旋转，能够增加轴承预加载力，而通过使装置（100）沿相反方向绕其纵向轴线（a）旋转，能够减小轴承预加载力。有利地，能够通过同一装置（100）来测量和调节轴承预加载力，而不使所述装置（100）与涡轮分子泵（101）脱离联接。通常，当计量器（100）呈静置构型时调节轴承预加载力。

致动器（4）包括面向后的使用者界面（5），在使用中可由操作者的拇指或手指按下该使用者界面。致动器（4）还包括弹性构件（例如，弹簧）接合表面（31）（在示例中，为径向延伸的周向凸缘（32）的在致动器（4）远端处的面向下（向前）的表面（31））。致动器（4）被构造成在壳体通道（10）内以往复运动滑动。致动器（4）包括内部通道（33），该内部通道被构造成以往复滑动布置来接收叶轮定位构件（2）的向后部分（11）。

当沿向前（向下）方向推动时，致动器（4）推动弹簧抵靠叶轮定位构件（2），由此压缩弹簧（3）。叶轮定位构件（2）将力传递到涡轮分子泵（101）的叶轮（6）。通过增加被施加到致动器（4）的力，弹簧（3）被进一步压缩，并且弹簧的恢复（反作用）力增加：同样，传递到叶轮（6）（和转子轴承）的力也增加。被施加到致动器（4）的力增加，直到传递到叶轮（6）的力足以克服轴承预加载力为止。在那时，将听到咔哒声，并且读取指示器以证实轴承预加载力是否在其预定的优选范围内。

释放致动器（4）允许计量器（100）和涡轮分子泵（101）返回到它们相应的静置位置。

如果轴承预加载力不在该涡轮分子泵（101）的预定的优选范围内，则能够调节轴承预加载力并且重新测量轴承预加载力。可重复该过程，直到轴承预加载力在预定的优选范围内为止。

例示的装置供在可从edwardsvacuum™获得的next85™上使用，并且被构造成具有从大约8.3n至大约10.3n的预定的优选轴承力范围。所图示的弹簧是可从leespringltd.获得的lc036g05s，其具有1.05n/mm的弹簧刚度。在最上面的台阶和下一个台阶之间的距离为2mm。技术人员将了解的是，将取决于具体的涡轮分子泵的优选的轴承预加载力范围来选择具体的弹簧和指示器布置。

所图示的装置可以是手持式和/或手动致动的。就手动致动而言，所理解的是，通过操作员的手将克服轴承预加载力所需要的力施加到致动器。

壳体、致动器和叶轮定位构件是通过objetverobluergd840增材制造的。

图5至图8图示了呈各种构型的装置。图5示出了呈其静置构型的装置（100）。在该构型中，没有力被施加到致动器（4），弹簧（3）没有被移位或压缩，并且致动器（4）和叶轮定位构件（2）处于它们的最向上位置中。在该构型中，指示器的周向沟槽（23）远在计量器壳体（1）的顶部台阶（19）上方。

图6图示了呈轴承预加载力太低的构型的装置（100）。弹簧（3）被压缩，并且致动器（4）已相对于壳体（1）向下（向前）移动；然而，周向沟槽（23）在计量器壳体（1）的顶部台阶（19）上方，这指示轴承预加载力太低。

图7图示了呈轴承预加载力在预定的优选范围内的构型的装置（100）。弹簧（3）被进一步压缩，并且致动器（4）和叶轮定位构件（2）已相对于壳体（1）进一步向下（向前）移动。在该构型中，周向沟槽（23）在计量器壳体的顶部台阶（19）下方但在第二台阶（20）上方，这图示了轴承预加载力在预定的优选范围内。

图8图示了呈轴承预加载力太高的构型的装置。弹簧（3）更进一步被压缩，并且致动器（4）和叶轮定位构件（2）已相对于壳体（1）甚至进一步向下（向前）移动。在该构型中，周向沟槽（23）在计量器壳体（1）的第二台阶（20）下方，这指示轴承预加载力太高。

图9图示了呈一系列构型的适合在本发明中使用的指示器的替代性示例。在该示例中，指示器包括呈被形成在致动器（4）的表面中的周向沟槽形式的两个标记（34、35）。在使用中，当将致动器（4）推动到壳体（1）中时，上沟槽（34）指示轴承预加载力的预定的优选范围的下限，而下沟槽（35）指示轴承预加载力的预定的优选范围的上限。在该示例中，标记识别符（23）是计量器壳体（1）的紧邻致动器（4）的上表面。

因此，与先前的示例形成对比，标记（34、35）位于致动器（4）上，并且可相对于位于壳体（1）上的固定的标记识别符（23）移动。

因此，如所图示的，如果在测试期间克服了轴承预加载力时两个沟槽（34、35）都在壳体（1）上方，则轴承预加载力太小，而如果两个沟槽都不在壳体（1）上方，则轴承的预加载力太高。对比而言，如果当克服了轴承预加载力时上沟槽（34）在壳体（1）上方但下沟槽不在壳体（1）上方时，则轴承预加载力在预定的优选范围内。在该示例中，不采用次要标记。将了解的是，沟槽可用印刷线或其他合适的标记来代替。

将了解的是，可对所示出的实施例进行各种修改，而不脱离如由如根据专利法所解释的所附权利要求限定的本发明的精神和范围。