專利名稱：馬達旋轉(zhuǎn)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于低溫制冷機的旋轉(zhuǎn)閥，特別是用于脈沖管制冷機或者用于GM制冷機(Gifford — McMahon制冷機)的旋轉(zhuǎn)閥，其包括一旋轉(zhuǎn)體，其能夠由馬達驅(qū)動而圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，—控制板，和一軸向滾動軸承，通過該軸向滾動軸承，旋轉(zhuǎn)體能夠在控制板上滾動。
背景技術(shù)：
這樣的旋轉(zhuǎn)閥例如通過US2008/0245077A1已知。 為了運行很多技術(shù)設(shè)備，例如超導(dǎo)磁力線圈，必須提供低溫。一種用于制冷的原則是以工作氣體的膨脹為基礎(chǔ)的。在脈沖管制冷機和GM制冷機中，工作氣體的高壓和低壓在冷頭上交替切換，在實際應(yīng)用中，壓縮機為此交替地用其吸氣側(cè)和高壓側(cè)在冷頭上切換。為此通常情況下采用旋轉(zhuǎn)閥。旋轉(zhuǎn)閥包括一典型地用電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)體和一控制板。通過旋轉(zhuǎn)體與控制板的相對旋轉(zhuǎn)，交替地開啟和關(guān)閉用于工作氣體的不同的氣流通道，由此使冷頭交替地獲得所期望的高壓和低壓。在運行旋轉(zhuǎn)閥時，旋轉(zhuǎn)體的一個表面或多個表面在控制板的一個表面或多個表面上滑移；在接觸區(qū)域內(nèi)這些表面密封工作氣體。由于滑移會引起材料損耗，這最終迫使更換旋轉(zhuǎn)體和/或控制板。由US 2008/0245077A1已知旋轉(zhuǎn)體和控制板各設(shè)置有一回環(huán)的工作槽，其中球軸承保持架保持在工作槽之間。通過該球軸承能夠減小磨損。這種現(xiàn)有技術(shù)的缺點為用于該球軸承的制造費用和安裝費用高。工作槽必須彼此精準同心地設(shè)置；否則的話，球軸承保持架的滾珠從至少一條工作槽中滾出，并且旋轉(zhuǎn)體和控制板的表面相對翻轉(zhuǎn)。這會導(dǎo)致對工作氣體的不密封性并提高了軸承磨損。因此在實際應(yīng)用中旋轉(zhuǎn)閥的大部分構(gòu)件，特別是旋轉(zhuǎn)體，必須由金屬加工和銑切，以能夠遵守通過密封要求所預(yù)先給定的加工誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于介紹一種用于低溫制冷機的旋轉(zhuǎn)閥，該旋轉(zhuǎn)閥具有微小的磨損，并且同時能夠簡單制造和安裝。本發(fā)明的目的以意想不到簡單但有效的方式通過開頭描述類型的旋轉(zhuǎn)閥來實現(xiàn)，其特征在于，軸向滾動軸承構(gòu)造為在徑向上不對心的軸承。在根據(jù)本發(fā)明的不對心的軸承中，旋轉(zhuǎn)體和控制板(控制盤)在一定的區(qū)域內(nèi)沿徑向(即在垂直于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi))一只要涉及到支承一自由地相對彼此滑移。但是不重要的是由于加工和/或安裝時的誤差或錯誤，旋轉(zhuǎn)體和控制板在安裝狀態(tài)中是否略微偏離關(guān)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線的精準同心的定向；保持相對彼此滑移的表面處的密封效果。因此旋轉(zhuǎn)閥在本發(fā)明范圍內(nèi)能夠使用較簡單加工的構(gòu)件，如一旋轉(zhuǎn)體，其由塑料材料在低成本的壓鑄技術(shù)中制成并且具有相對大的加工誤差。為了設(shè)立一不對心的軸承，典型地是在旋轉(zhuǎn)體和控制板上構(gòu)造平的、彼此對置的、相互平行的工作面，滾動體(如球體或優(yōu)選圓柱體)設(shè)置在這些工作面之間，例如保持在一保持架中?；谄降墓ぷ髅?，在徑向上(垂直于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線)沒有進行對中心。工作面典型地構(gòu)造為圓環(huán)狀的，例如緊固在旋轉(zhuǎn)體和控制板上的工作盤上。要注意的是工作面應(yīng)垂直于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線定向。在控制板和旋轉(zhuǎn)體中設(shè)置有凹槽(銑槽、開孔、通道)。通過在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)期間凹槽的可改變的重疊使工作氣體(如氦氣)的高壓和低壓在冷頭(如脈動管)上交替地切換。 當凹槽具有適當?shù)臉?gòu)造時，旋轉(zhuǎn)體和控制板的徑向定向中的間隙不影響旋轉(zhuǎn)閥的切換行為(對此見下文)。旋轉(zhuǎn)體典型地借助于電機來驅(qū)動。滾動軸承特別地可以是球軸承或者柱形滾子軸承。在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥的一種優(yōu)選的實施方式中，軸向滾動軸承構(gòu)造為柱形滾子軸承。(圓的)柱形滾子適合承受高的作用力，并且工作面在較長時間的負荷下也保持平坦，從而當工作面的材料耐磨性較差時，在使用中也保持軸承的不對心特性。此外柱形滾子允許相對扁平的結(jié)構(gòu)。在本實施方式的范圍中，柱形軸線通常平行于工作面定向，并指向旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線；換而言之，柱形軸線(近似地)垂直于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線。在本實施方式的一種優(yōu)選的改進方案中，柱形滾子軸承構(gòu)造為滾針軸承。滾針軸承具有特別扁平的構(gòu)造。本實施方式特別有利的是如此設(shè)置控制板中的用于工作氣體的凹槽在徑向上完全在旋轉(zhuǎn)體中的用于工作氣體的連通的凹槽內(nèi)部延伸，或反之亦然。相反情況下適用的是旋轉(zhuǎn)體中的用于工作氣體的凹槽在徑向上完全在控制板中的用于工作氣體的連通的凹槽內(nèi)部延伸。在這種定向中，例如由于加工誤差而造成的微小的徑向的錯誤對中心不會影響工作氣體的流動狀態(tài)。凹槽在徑向上的邊棱間隔典型地明顯大于預(yù)計的徑向間隙；所述間隙典型地在到0. 2mm的范圍內(nèi)或更小。優(yōu)選地還有一種實施方式，在這種實施方式中，旋轉(zhuǎn)體通過一彈簧壓向控制板。在沒有切換工作氣體壓力時，彈簧也保持一非自持式軸承。典型地，旋轉(zhuǎn)體在此軸向可運動地安裝在一電機軸上。在一種特別優(yōu)選的實施方式中，旋轉(zhuǎn)體由塑料制成，特別通過壓鑄制成。由此能夠顯著減少用于根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥的制造費用。優(yōu)選地，最后還有一種實施方式，其中，軸向滾動軸承在控制板和旋轉(zhuǎn)體上的工作面與控制板和旋轉(zhuǎn)體之間的一個密封面或多個密封面是分開的?？赡艿妮S承磨損則不影響密封性能。本發(fā)明另外的優(yōu)點由說明書和附圖中獲得。前面所述的以及還要繼續(xù)實施的特征根據(jù)本發(fā)明同樣也能夠分別單獨應(yīng)用或?qū)⒍鄠€特征任意組合來應(yīng)用。所示出及描述的實施方式不能理解為列舉了所有的形式，而更確切的說，其具有用于描述本發(fā)明的示例性特征。


在附圖中示出本發(fā)明，并借助于一些實施例來進一步說明本發(fā)明。示出圖I :帶有脈沖管制冷機的制冷系統(tǒng)的總示意圖，包括在軸向剖視圖中示出的根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥；圖2 :穿過根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥的軸向剖視圖，包括帶有球軸承的馬達；
圖3 :穿過根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥的軸向剖視圖，包括帶有柱形滾子軸承的馬達；圖4 :穿過根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥的軸向剖視圖，包括帶有滾針軸承的馬達；圖5 :在圖3中的線V的高度上穿過圖3的旋轉(zhuǎn)閥的徑向剖視圖。
具體實施例方式圖I示出制冷系統(tǒng)的總圖，該制冷系統(tǒng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠應(yīng)用。所述制冷系統(tǒng)包括一根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥1，該旋轉(zhuǎn)閥包括一旋轉(zhuǎn)體6和一控制板(控制盤)5。旋轉(zhuǎn)體6能夠借助于一電機2而相對于控制板5轉(zhuǎn)動。在此旋轉(zhuǎn)體6圍繞旋轉(zhuǎn)軸線DA旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)體6抗相對轉(zhuǎn)動地保持在電機2的軸3上,但能夠沿軸向(平行于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線DA)在軸3上自由滑動。通過彈簧4使旋轉(zhuǎn)體6在缺乏工作氣體壓力時也壓向控制板5。借助一壓縮機7，在冷頭8或者其工作氣體輸入端9上交替切換一高壓側(cè)HS和一吸入側(cè)SS。在這里冷頭8構(gòu)造為一脈沖管制冷機，其具有一脈沖管10 再生管11 ;一冷的熱交換區(qū)12 (與熱流Q比較);一熱的、由外部空氣冷卻的熱交換區(qū)13和一緩沖空間14。在旋轉(zhuǎn)體6和控制板5中設(shè)置各種不同的凹槽(銑槽、開孔、通道)，以控制工作氣體(這里是氦氣)的流動或者壓力。吸入側(cè)SS (也稱低壓側(cè))通過通道15與控制板5的一中心通孔15a相連。高壓側(cè)HS與旋轉(zhuǎn)體6的周邊相連，從而工作氣體的壓力一方面將旋轉(zhuǎn)體6 (除了彈簧4)壓向控制板5，但是具有高壓的工作氣體也侵入旋轉(zhuǎn)體6的側(cè)邊敞開的凹槽16，并且經(jīng)過兩個非中心的通道17能到達冷頭8的輸入端9 (要注意為了簡化用于旋轉(zhuǎn)閥I的壓力殼，該壓力殼特別在旋轉(zhuǎn)體6的側(cè)邊密封腔室，在圖I中未示出該壓力殼)。通過圍繞軸線DA將旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)90°，吸入側(cè)SS也能借助于旋轉(zhuǎn)體中的一中心凹槽18切換到通道17上(見圖5)。旋轉(zhuǎn)體6支撐在控制板5的兩個區(qū)域中。一方面控制板5的密封工作氣體的表面5a和旋轉(zhuǎn)體6的6a相互貼靠；它們各自垂直于旋轉(zhuǎn)軸線DA延伸。另一方面設(shè)立了不對心的軸承19a。在控制板5和旋轉(zhuǎn)體6上分別緊固有一個由耐磨材料制成的環(huán)形工作盤20、21，例如由硬化的金屬或陶瓷如SiC制成的工作盤。這些工作盤以相互平行的、平的面20a、21a相互面對。在這些面20a、21a之間設(shè)立帶有滾珠22的保持架。因為面20a、21a(不同于現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)的球軸承中的面)沒有構(gòu)造工作槽，而是平地、且平行于徑向RR地延伸，所以旋轉(zhuǎn)體6有一定的徑向間隙，而不損害面5a、6a上的密封作用；特別地，如果旋轉(zhuǎn)體6和控制板5在徑向RR上略微地相對推移，旋轉(zhuǎn)體6和控制板5之間也不會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。此外在這里不會損害凹槽/通道15a、16、17、18的重疊(為此也可參見圖5)。由此不對心的軸承允許在旋轉(zhuǎn)體和控制板的相對徑向定向中的較大的誤差。特別地能夠?qū)崿F(xiàn)用于旋轉(zhuǎn)體的更簡單經(jīng)濟的加工方法和緊固方法。本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)體6由塑料(如聚乙烯)在壓鑄法中制成。
旋轉(zhuǎn)閥I安裝之后，典型地，旋轉(zhuǎn)體6首先僅以密封面6a (并且不通過軸承19a)貼靠控制板5。但是由于磨損，在彈簧4以及可能情況下工作氣體壓力的作用下，突出部快速縮短，直到軸承19a也保持旋轉(zhuǎn)體6，這個特別當在密封面6a上采用塑料材料時會快速實現(xiàn)。然后旋轉(zhuǎn)體6完美匹配，并且軸承19a阻止密封面6a上的繼續(xù)磨損。在圖2、3和4中對旋轉(zhuǎn)閥I的軸承的可能的不同構(gòu)造做了進一步闡述。在下面僅對相對于圖I的區(qū)別之處進行說明。圖2示出圖I的旋轉(zhuǎn)閥，其帶有不對心球軸承19a，但是是在一個圍繞旋轉(zhuǎn)體6的旋轉(zhuǎn)軸線DA轉(zhuǎn)動了 90°的垂直的剖面中。當前能夠看到通道15和凹槽18各自的縱向剖面。吸入側(cè)SS (其與通道15相連)未切換到冷頭的輸入端上，也如圖I所示的那樣。連接 部23使旋轉(zhuǎn)體6的外部區(qū)域(那里一直附有工作氣體的高壓)，滾珠22也處在那里，相對于凹槽18密封。要注意滾珠22在沿著徑向RR平的工作面20a、21a上運動。在圖3中，不對心的軸承19b構(gòu)造有柱形滾子24，這些滾子在工作盤20、21的平的、平行且對置的面20a、21a上滾動。柱形軸線ZA指向旋轉(zhuǎn)體6的旋轉(zhuǎn)軸線DA，并垂直于該旋轉(zhuǎn)軸線DA延伸。工作面20a、21a在使用中同樣被磨損,從而當工作面20、21用耐磨性較小的材料時，也不會產(chǎn)生構(gòu)造工作槽的傾向。圖4示出構(gòu)造有直徑特別小的柱形滾子25的不對心的軸承19c ;在這種情況下軸承19c也叫“滾針軸承”。通過采用滾針軸承19c能夠減小旋轉(zhuǎn)閥I在軸向上的結(jié)構(gòu)高度BH。圖形5最后示出圖形3的線V處穿過軸承19b的橫截面，但是在旋轉(zhuǎn)體6旋轉(zhuǎn)90°的位置中(實線)，并且附加地畫出圖形3的位置中的所述橫截面(點虛線)。橫截面中能看到(圓的)柱形滾子24，通過這些柱形滾子旋轉(zhuǎn)體6和控制板5在軸承19b中相對彼此地滾動。在用實線示出的位置中，旋轉(zhuǎn)體6的中心凹槽18正好將連通在控制板5的底面上的通道17與中心通孔15a相連，該中心通孔與壓縮機的吸入側(cè)相連。在由點虛線所畫出的旋轉(zhuǎn)體6和控制板5的相對定向中，通道17通過旋轉(zhuǎn)體6的側(cè)邊敞開的凹槽16與壓縮機的高壓側(cè)相連(也見圖I)。通道17的開口關(guān)于其徑向延伸完全處于中心凹槽18內(nèi)部，也完全處于側(cè)邊敞開的凹槽16內(nèi)部。同樣地，中心凹槽15a在其徑向延伸中完全處于中心凹槽18內(nèi)部。在圖5中示出了旋轉(zhuǎn)體6和控制板5的精準同心的定向，其中關(guān)于所有相連的凹槽(銑槽、開孔、通道)在徑向上都獲得很大的邊棱間距AB1、AB2、AB3、AB4。在同心定位中最小的邊棱間距，這里是中心凹槽15a和18的AB1，根據(jù)發(fā)明如此大，使在旋轉(zhuǎn)體6和控制板5的徑向誤配方面的最大預(yù)計的加工誤差和安裝誤差比上述的最小的邊棱間距ABl小。則不會由于徑向誤配而損害工作氣體的流動或者壓力分配。
權(quán)利要求
1.用于低溫制冷機的旋轉(zhuǎn)閥(1)，特別是用于脈沖管制冷機或用于GM制冷機的旋轉(zhuǎn)閥，包括 一旋轉(zhuǎn)體(6 ),該旋轉(zhuǎn)體能夠通過馬達驅(qū)動而圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(DA)轉(zhuǎn)動， 一控制板(5)，和 一軸向滾動軸承，通過該軸向滾動軸承，所述旋轉(zhuǎn)體(6)能夠在所述控制板(5)上滾動， 其特征在于，所述軸向滾動軸承構(gòu)造為在徑向(RR)上不對心的軸承(19a - 19c)。
2.按照權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)閥(1)，其特征在于，所述軸向滾動軸承構(gòu)造為柱形滾子軸承(19b、19c)。
3.按照權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)閥(1)，其特征在于，所述柱形滾子軸承(19b、19c)構(gòu)造為滾針軸承(19c)。
4.按照前述權(quán)利要求之任一項所述的旋轉(zhuǎn)閥(1)，其特征在于，所述控制板(5)中的用于工作氣體的凹槽(15a、17)在徑向(RR)上完全在所述旋轉(zhuǎn)體(6)中的用于工作氣體的連通的凹槽(16、18)內(nèi)部延伸，或在所述旋轉(zhuǎn)體(6)中的用于工作氣體的凹槽(16、18)在徑向(RR)上完全在所述控制板(5)中的用于工作氣體的連通的凹槽(15a、17)內(nèi)部延伸。
5.按照前述權(quán)利要求之任一項所述的旋轉(zhuǎn)閥(I)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)體(6)通過彈簧(4)壓向所述控制板(5)。
6.按照前述權(quán)利要求之任一項所述的旋轉(zhuǎn)閥(1)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)體(6)由塑料制成，特別是通過壓鑄制成。
7.按照前述權(quán)利要求之任一項所述的旋轉(zhuǎn)閥(1)，其特征在于，軸向滾動軸承在所述控制板(5 )上的和在所述旋轉(zhuǎn)體(6 )上的工作面(20a、2Ia)與在控制板(5 )和旋轉(zhuǎn)體(6 )之間的一個密封面或多個密封面(5a、6a)是分開的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于低溫制冷機的旋轉(zhuǎn)閥(1)，特別是用于脈沖管制冷機或用于GM制冷機的旋轉(zhuǎn)閥，包括－旋轉(zhuǎn)體(6)，該旋轉(zhuǎn)體能夠通過馬達驅(qū)動而圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(DA)轉(zhuǎn)動，－控制板(5)，和－和軸向滾動軸承，通過該軸向滾動軸承，所述旋轉(zhuǎn)體(6)能夠在所述控制板(5)上滾動，其特征在于，所述軸向滾動軸承構(gòu)造為在徑向(RR)上不對心的軸承(19a－19c)。本發(fā)明介紹了一種用于低溫制冷機的旋轉(zhuǎn)閥，該旋轉(zhuǎn)閥具有微小的磨損，并且同時能夠簡單制造和安裝。
文檔編號F16K31/04GK102741598SQ201180008042
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者C·哈內(nèi)貝克, G·羅特, Y·奧格爾 申請人:布魯克碧奧斯平有限公司