DE102005023623A1

DE102005023623A1 - Anordnung mit hermetisch dichter Trennhülse

Info

Publication number: DE102005023623A1
Application number: DE200510023623
Authority: DE
Inventors: Heinrich Lotz; Jürgen Wagner
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2005-05-21
Filing date: 2005-05-21
Publication date: 2006-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer hermetisch dichten Trennhülse (16, 205, 305), welche eine innere (208, 308) und eine äußere Oberfläche (207, 307) besitzt zum Trennen eines ersten Raumes (209) von einem zweiten Raum (210), in denen unterschiedliche Drücke und/oder unterschiedliche Medien vorliegen, wobei die Trennhülse zwischen magnetischen Bauteilen (10, 14, 202, 203), die sich teilweise im ersten Raum und teilweise im zweiten Raum befinden, angeordnet ist. Um eine kostengünstigere Materialwahl und einfachere Herstellung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, mindestens eine der Oberflächen der Trennhülse mit einer die Ausbildung von Wirbelströmen reduzierenden Gestalt zu versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennhülse nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Trennhülsen der hier betrachteten Art werden verwendet, um Räume hermetisch voneinander zu trennen, in denen unterschiedliche Medien und/oder unterschiedliche Drücke vorliegen. Beispielsweise finden sie Verwendung in Magnetkupplungen, beispielsweise in Vakuumpumpen. Solche Magnetkupplungen erlauben es, den Pumpeninnraum, in dem sich beispielsweise Öl zum Dichten und Schmieren befindet, vom Antrieb zu trennen. Damit wird es möglich, die Pumpen auch dort einzusetzen, wo Kontamination mit Ölresten vermieden werden muss.

Im Stand der Technik sind die beiden im folgenden beschriebenen Herstellungsvarianten für solche Trennhülsen bekannt.

Die US 4,369,849 schlägt vor, die Trennhülse aus einer Vielzahl axial gestapelter Ringscheiben aufzubauen. Nachteilig an dieser Lösung ist die große radiale Ausdehung dieser Ringscheiben. Denkt man daran, die Trennhülse in einem Motor einzusetzen, verursacht die große radiale Ausdehung einen großen Luftspalt des Motors. Damit nimmt im Falle eines Asynchronmotors der benötigte Motorstrom zu und der Wirkungsgrad sinkt. Im Falle eines Gleichstrommotors muss mehr Magnetmaterial eingesetzt werden. Weiterhin ist nachteilig an dieser Lösung, dass die Hülse nicht von vornherein dicht ist, sondern Dichtungen zwischen den einzelnen Ringscheiben vorgesehen werden müssen. Dies erhöht die Gefahr von Lecks. Insgesamt sind viele Bauteile notwendig, die präzise montiert werden müssen, so dass die Lösung teuer wird.

Die DE 103 22 465 schlägt vor, die Trennhülse in Wickeltechnik herzustellen, wobei sie der Abschnitt eines mehrlagigen, faserverstärkten Rohres ist. Die dabei verwendeten Materialien sind teuer und auch in dieser Lösung muss für die Dichtheit gesorgt werden, beispielsweise über Verkleben des gewickelten Materials. Diese Art Dichtung besitzt immer die Gefahr von Lecks.

Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen sind zusammengefasst aufwändig, teuer und bieten Gefahren in Bezug auf Lecks, da keine durchgehenden Materialstücke vorhanden sind, bzw. die Trennhülsen aus einer Vielzahl von Teilen bestehen.

Aufgabe ist es daher, eine hermetisch dichte Spalthülse zu entwickeln, die aus preiswertem Material herstellbar ist und die weiteren Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Anordnung mit einer hermetisch dichten Trennhülse mindestens eine der Oberflächen der Trennhülse eine die Ausbildung von Wirbelströmen reduzierende Gestalt besitzt.

Da die Gestalt wenigstens einer der Oberflächen geeignet ist, die Ausbildung von Wirbelströmen zu reduzieren, wird die auftretende Verlustwärme deutlich herabgesetzt. Daher ist es möglich, kostengünstigere Materialien einzusetzen, insbesondere Metalle.

In einer ersten Weiterbildung der Erfindung wird die Struktur auf der Oberfläche durch eine Unterteilung in axiale Flächenabschnitte erreicht. Solche Unterteilung können beispielsweise durch Drehen und Fräsen der Oberfläche leicht hergestellt werden.

In einer nächsten Weiterbildung ist die Hülse über mehrere axiale Flächenabschnitte hinweg einstückig ausgebildet. Hierdurch werden Trennflächen zwischen Hülsenabschnitten wie beispielsweise im Stand der Technik US 4,369,849 vermieden. Es wird daher einfacher, eine hohe Dichtheit zu erreichen. Außerdem wird die mechanische Stabilität erhöht.

In einer nächsten Weiterbildung wird die Struktur dadurch erzeugt, dass Vertiefungen mit einem dreieckigen Querschnitt eingedreht werden. Auch ein rechteckiger Querschnitt der Vertiefungen ist denkbar und führt zur Lösung. Beide Varianten sind besonders einfach herzustellen.

Ein weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der Oberflächen der Trennhülse mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen. Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Flächenabschnitten und eine dadurch bedingte Zunahme der Wirbelströme können so vermieden werden.

Insbesondere ermöglicht die Beschichtung, die Hülse wie einen Wellschlauch zu formen und über die axiale Länge zusammenzustauchen, so dass die Flächenabschnitte aufeinander zu liegen kommen. Die Stabilität dieser Hülse wird deutlich erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Trennhülse an einem axialen Ende einen fest und hermetisch dicht mit ihr verbundenen Deckel auf, so dass ein Topf entsteht. Solch ein Topf kann vorteilhaft in einer Magnetkupplung eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft wird solch eine Hülse in einer Vakuumpumpe zum Trennen zweier Räume eingesetzt. In einer ölgedichteten Drehschiebervakuumpumpe entsprechen diese Räume zum einen dem Pumpeninnenraum mit dem Pumpsystem und zum anderen der Pumpenumgebung.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung verdeutlicht und weitere vorteilhaften Eigenschaften dargestellt werden.
1: Schnitt durch eine ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpe mit erfindungsgemäß gestalteter Trennhülse.
2: Detailanblick durch den Schnitt der Trennhülse.
3: a) Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Trennhülse und b) weitere, daraus abgeleitete Form der Trennhülse.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt den Schnitt durch eine ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpe 1 mit einem Gehäuse 2. Dieses weist einen Gaseinlass 3 und einen Gasauslass 4 auf. Innerhalb des Gehäuses ist ein Pumpsystem 5 angeordnet, welches mit Gaseinlass und Gasauslass in Verbindung steht. Im Pumpsystem befindet sich ein Schöpraum 15 den ein Drehschieber 7 begrenzt und der von einer exzentrisch angeordneten Welle 12 in Drehung versetzt wird. Die Welle ist in Lagern 13 gelagert. Das Pumpsystem ist von Öl 9 umgeben, welches sowohl dichtende als auch schmierende Funktion besitzt. Das Öl wird von einer Ölpumpe 6 zu den Lagern gefördert. Die Ölpumpe steuert außerdem das Hochvakuumsicherheitsventil 20 an, welches zwischen Gaseinlass und Schöpfraum angeordnet ist. Auf der Welle 12 sind Magnete 14 angebracht, die zusammen mit den elektrischen Spulen 10 den Antrieb bilden. Der Antrieb wird durch die an der Pumpe angebrachten Elektronik 8 angesteuert. Zwischen den elektrischen Spulen und der Welle 12 ist eine Trennhülse 16 vorgesehen, die erfindungsgemäß eine Oberfläche hat, welche eine die Ausbildung von Wirbelströmen reduzierende Gestalt besitzt. Diese Trennhülse ist einstückig ausgeführt, so dass sie hermetisch dicht ist. Natürlich kann die Vakuumpumpe mehrere Gaseinlässe und/oder mehrere Pumpstufen besitzen. Auch muss es sich nicht zwingend um eine Drehschiebervakuumpumpe handeln. Auch andere Typen mit einer Ölschmierung, bei denen ein ölgefüllter Raum von einer Umgebung getrennt werden muss, sind für den Einsatz der Erfindung geeignet, beispielsweise Wälzkolbenpumpen.
Die 2 zeigt einen Detailanblick einer erfindungsgemäßen Trennhülse im Schnitt, die im Beispiel Bestandteil einer Magnetkupplung ist. Innerhalb der Trennhülse 205 ist eine Welle 201 angeordnet, auf der Magnete 202 mit einer Länge L befestigt sind. In dieser Ausführungsform trennt die Hülse den Raum 209, der mit Öl gefüllt sein kann oder in dem gefährliche Gase befinden, vom Raum 210 und ist Bestandteil einer Magnetkupplung. Daher umgibt die Trennhülse ein Magnetträger 204, der mit einer zweiten Welle 211 verbunden ist. Der Magnetträger trägt die Magnete 203, so dass bei einer Drehung der Welle 211 die Welle 201 über die Magnetkräfte zwischen den Magneten 203 und 202 in Rotation versetzt wird. In axialer Richtung wird die Trennhülse durch einen Deckel 206 verschlossen, der mit einem Gewinde versehen und auf das ebenfalls mit einem Gewinde versehene Ende der Trennhülse geschraubt ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist einstückig als ein Teil der Trennhülse ausgeführt. Die Trennhülse selbst besitzt eine innere Oberfläche 208 und eine äußere Oberfläche 207. Diese ist erfindungsgemäß so gestaltet, dass Wirbelströme unterdrückt werden, die sich aufgrund der durch die Trennhülse hindurchtretenden und durch die Rotation veränderlichen Magnetfeldlinien ausbilden. Die Oberflächengestaltung geschieht hier dadurch, dass die Oberfläche in mehrere Teilabschnitte 207a, 207b, 207c, 207d und 207e zerlegt wird, welche nicht miteinander in elektrischem Kontakt stehen. Die Oberfläche lässt sich erzeugen, indem beispielsweise in eine Metalloberfläche Vertiefungen eingedreht werden. Verschiedene Geometrien der Vertiefungen sind denkbar, zum Beispiel kann der Querschnitt der Vertiefungen auch gerundet oder sägezahnartig sein.
Eine Ausführungsform, in der sowohl innere als auch äußere Oberfläche strukturiert sind, zeigt 3a. Die Trennhülse 305 weist hier sägezahnartig Oberflächen 307 und 308 auf. Diese Oberflächen können mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden. Durch Stauchung dieser Trennhülse in axialer Richtung entsteht die Ausführungsform gemäß 3b, welche eine sehr hohe mechanische Stabilität besitzt. Diese hohe Stabilität ist für den Einsatz bei Druckunterschieden, wie sie in Vakuumpumpen vorkommen, besonder gut geeignet. Diese Ausführung kann in Hochdruckumformung hergestellt werden, d.h. ein dünnwandiges Metallrohr wird in eine Form mit sägezahnartigen Vertiefungen gebracht wird und anschließend mit einem Medium gefüllt. Dieses vorzugsweise inkompressible Medium wird unter hohen Druck gesetzt, wodurch das Rohr in die Form gepresst wird. In einem weiteren Schritt wird die so entstandenen Trennhülse beschichtet und danach in axialer Richtung zusammengestaucht.

Claims

Anordnung mit einer hermetisch dichten Trennhülse (16, 205, 305), welche eine innere (208, 308) und eine äußere Oberfläche (207, 307) besitzt, zum Trennen eines ersten Raumes (209) von einem zweiten Raum (210), in denen unterschiedliche Drücke und/oder unterschiedliche Medien vorliegen, wobei die Trennhülse zwischen magnetischen Bauteilen (10, 14, 202, 203), die sich teilweise im ersten Raum und teilweise im zweiten Raum befinden, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Oberflächen (207, 208, 307, 308) eine die Ausbildung von Wirbelströmen reduzierende Gestalt besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Oberflächen (207, 208, 307, 308) in axiale Flächenabschnitte unterteilt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (16, 205, 305) über mehrere der axialen Flächenabschnitte (207a, 207b, 207c, 207d, 207e) hinweg einstückig ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Oberflächen (207, 208, 307, 308) der Trennhülse (16, 205, 305) Vertiefungen mit im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Oberflächen (207, 208, 307, 308) der Trennhülse (16, 205, 305) Vertiefungen mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt aufweist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Oberflächen (207, 208, 307, 308) der Trennhülse (16, 205, 305) mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (16, 205, 305) in axialer Länge zusammengestaucht ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennhülse (16, 205, 305) am einem axialen Ende einen fest und hermetisch dicht mit ihr verbundenen Deckel (206) aufweist, so dass ein Topf entsteht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil einer Vakuumpumpe (1) ist.