DE102005025261A1

DE102005025261A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102005025261A1
Application number: DE102005025261A
Authority: DE
Inventors: George Toronto Valaitis; Ralf Adamietz; Markus Henry
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH; Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

Eine Vakuumpumpe (10) weist ein Gehäuse (12), ein Wälzlager (14) zum Lagern einer einen Pumpenrotor (18) tragenden Rotorwelle (16) auf, wobei das Wälzlager (14) einen Statorring (24) aufweist, der beweglich an dem Gehäuse gedämpft gelagert ist. Ferner ist ein federndes metallisches Wärmebrückenelement (22) vorgesehen, das zwischen dem Wälzlager-Statorring (24) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist. Das Wärmebrückenelement (22) verbindet den Statorring (24) und das Gehäuse (12) thermisch. Hierdurch wird die Kühlung des Wälzlagers (14) bzw. der Welle (16) und des Pumpenrotors (18) verbessert, so dass insbesondere die Lebensdauer des Wälzlagers (14) erhöht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einer gedämpft in dem Gehäuse gelagerten Welle.

Vakuumpumpen mit gedämpfter Lagerung der Welle weisen mindestens ein Wälzlager auf, dessen Statorring, d.h. in der Regel Außenring, durch ein nicht-metallisches Dämpfungselement axial und/oder radial an dem Gehäuse gelagert ist. Durch die gedämpfte Lagerung wird die Übertragung von Stößen und Vibrationen zwischen der den Pumpenrotor tragenden Welle und dem Vakuumpumpen-Gehäuse in beiden Richtungen vermieden oder abgeschwächt. Das Dämpfungs element hat neben einer das Wälzlager und die Welle zentrierenden federnden Wirkung insbesondere eine dämpfende Wirkung. Für das Dämpfungselement kommen daher ausschließlich nicht-metallische Werkstoffe in Frage, beispielsweise geeignete Kunststoffe. Diese Werkstoffe sind jedoch naturgemäß nur sehr schlecht wärmeleitend, so dass die in dem Wälzlager generierte bzw. von der Welle aus eingeleitete Wärme nur schlecht abgeführt wird.

Es sind Dämpfungselemente bekannt, die zur Verbesserung ihrer Wärmeleiteigenschaften metallische oder andere Einlagerungen aufweisen. Durch diese Einlagerungen wird die Haltbarkeit, die Elastizität und die Dämpfungswirkung jedoch erheblich verschlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, bei einer Vakuumpumpe mit gedämpft aufgehängtem Wellen-Wälzlager die Wärmeabfuhr von der Welle bzw. dem Wälzlager zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist an Stelle oder zusätzlich zu dem Dämpfungselement ein federndes metallisches Wärmebrückenelement zwischen dem Statorring des Wälzlagers und dem Gehäuse angeordnet, wobei das Wärmebrückenelement den Statorring und das Gehäuse thermisch miteinander verbindet, d.h. unmittelbaren Kontakt sowohl mit dem Statorring als auch mit dem Gehäuse hat. Mit Statorring ist derjenige der beiden Ringe eines Wälzlagers gemeint, der rotatorisch ortsfest montiert ist. Dies ist in der Regel der Außenring des Wälzlagers. Das Wärmebrückenelement kann radial außen oder innen und/oder axial des Statorringes angeordnet sein.

Das Wärmebrückenelement wird so ausgelegt, dass es möglichst große wärmeübertragende Auflageflächen mit dem Wälzlager-Statorring einerseits und dem Gehäuse andererseits aufweist und einen möglichst großen Querschnitt aufweist, um eine größtmögliche absolute Wärmeleitung sicherzustellen. Die unvermeidliche federnde Wirkung des Wärmebrückenelementes ist in der Regel in Druckrichtung ausgelegt. Hierdurch wird ein unmittelbares und großflächiges Anliegen des Wärmebrückenelementes an dem Wälzlager-Statorring und dem Gehäuse unterstützt. Das Wärmebrückenelement kann auf vielfältige Weise ausgebildet sein und angeordnet werden.

Der Statorring kann vorzugsweise zusätzlich zu dem Wärmebrückenelement durch ein Dämpfungselement an dem Gehäuse gelagert sein. Die Dämpfung einerseits und die Wärmeleitung andererseits werden auf zwei getrennte Bauteile aufgeteilt, nämlich auf das in seiner Substanz unveränderte Dämpfungselement und das separate federnde metallische Wärmebrückenelement. Hierdurch werden die dämpfenden Eigenschaften des Dämpfungselementes nicht verändert. Das Dämpfungselement kann bezüglich seiner Form und seines Werkstoffes ausschließlich auf seine dämpfende Eigenschaft hin optimiert werden. Die federnde Wirkrichtung des Wärmebrückenelements muss nicht übereinstimmen mit der Wirkrichtung des Dämpfungselementes.

Das Wärmebrückenelement kann in Form einzelner über den Umfang verteilter federnder metallischer Elemente ausgebildet sein. In vorteilhafter Ausführung ist das Wärmebrückenelement jedoch einstückig und ringartig ausgebildet. Das Wärmebrückenelement kann parallel zu dem Dämpfungselement angeordnet sein, d.h. beide Elemente sind nicht zu einem einzigen Bauteil miteinander verbunden und wirken in der gleichen Richtung, z.B. axial.

Alternativ kann das Dämpfungselement jedoch in das Wärmebrückenelement kompakt integriert sein. Hierdurch lässt sich ein kleiner Einbauraum für die beiden Elemente realisieren.

Vorzugsweise ist das Wärmebrückenelement im Querschnitt U-förmig ausgebildet, wobei die beiden parallelen Längsarme jeweils über den gesamten Umfang am Statorring einerseits und am Gehäuse andererseits anliegen. Das Dämpfungselement kann in der durch das im Querschnitt U-förmige Wärmebrückenelement gebildeten Rinne angeordnet sein.

Das Wärmebrückenelement kann jedoch auch parallel wirkend, aber versetzt zu dem Dämpfungselement in eigenen Ringnuten angeordnet sein.

Das Wärmebrückenelement kann als schraubenartiger Drahtring ausgebildet sein, d.h. als ein einen toroidförmigen Ringkörper bildender zu einer Schraubenlinie geformter Metalldraht ausgebildet sein, der mit einer gewissen radialen Vorspannung zwischen dem Wälzlager-Statorring und dem Gehäuse sitzt.

Vorzugsweise besteht das Wärmebrückenelement aus einer Kupfer-Legierung. Kupfer ist bei guten mechanischen Eigenschaften ein sehr guter Wärmeleiter. Neben Kupfer kommen auch Berylium-Kupfer- oder Zirkon-Kupfer-Legierungen in Frage.

Das Dämpfungselement ist in bevorzugter Ausführung ein Elastomer-Ring, der in einer entsprechenden Ringnut des Statorringes und/oder des Gehäuses fixiert ist.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt,
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt, und
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einer Lageranordnung im Längsschnitt.
In den 1–7 ist jeweils eine Vakuumpumpe dargestellt, die als schnelldrehende Turbomolekularpumpe ausgebildet ist.
Die Vakuumpumpe 10 der 1 weist ein Gehäuse 12, ein Wälzlager 14, eine Welle 16, die einen Pumpenrotor 18 trägt, sowie ein Dämpfungselement 20 und ein Wärmebrückenelement 22 auf.
Das Wälzlager 14 ist ein Kugellager und als Axiallager ausgebildet. Das Wälzlager 14 weist einen radial außenseitigen Statorring 24 und einen radial innenseitigen Rotorring 26, sowie als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 30 auf. Der Wälzlager-Statorring 24 ist nicht starr mit dem Gehäuse 12 verbunden, sondern weist gegenüber dem Gehäuse Spiel auf. Der Wälzlager-Statorring 24 ist durch ein Dämpfungselement 20 und ein Wärmebrückenelement 22 gedämpft und gefedert in dem Gehäuse 12 befestigt. Hierdurch wird die Übertragung von Vibrationen und Erschütterungen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Wälzlager 14 gering gehalten.
Das Wärmebrückenelement 22 ist radial zwischen dem Wälzlager-Statorring 24 und dem Gehäuse 12 angeordnet. Das Wärmebrückenelement 22 ist im Querschnitt ungefähr U-förmig und weist einen radial außenseitigen Schenkel 32 und einen radial innenseitigen Schenkel 34 auf. Das Wärmebrückenelement 22 ist geschlossen ringförmig ausgebildet und radial in Druckrichtung vorgespannt. Die beiden Schenkel 32, 34 liegen jeweils über den gesamten Umfang an einer zylindrischen Innenumfangsfläche 38 des Gehäuses 12 bzw. an einer zylindrischen Außenumfangsseite 40 des Statorringes 24 an. Der außenseitige Schenkel 32 des Wärmebrückenelementes 22 liegt auf einer Ringfläche an dem Gehäuse 12 an, während der innenseitige Schenkel 34 des Wärmebrückenelementes 22 im Wesentlichen über eine Ringlinie an dem Statorring 14 anliegt.
Das als O-Ring ausgebildete Elastomer-Dämpfungselement 20 ist in der von dem U-förmigen Wärmebrückenelement 22 gebildeten Nut angeordnet, und hat keinen unmittelbaren Kontakt mit dem Gehäuse 12 bzw. dem Statorring 24. Hierdurch wird vermieden, dass das Dämpfungselement 20 mit schwankenden Hafteigenschaften an dem Statorring 14 bzw. an dem Gehäuse 12 anliegt.
In dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsform des Wärmebrückenelementes 22' radial lediglich umgekehrt, so dass der innenseitige Schenkel auf einer Ringfläche an dem Statorring 24' anliegt, indem hierfür eine entsprechende Nut 45 außenseitig ausgebildet ist.
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 das Wärmebrückenelement zunächst in das Gehäuse 12 eingelegt und das Wälzlager 14 anschließend positioniert wird, wird bei der Montage der Anordnung gemäß 2 das Wärmebrückenelement 22' zunächst auf das Wälzlager 14 montiert und das auf der Welle 16 sitzende Wälzlager 14 einschließlich des Wärmebrückenelementes 22' und des Dämpfungselementes 20 in das Gehäuse 12 eingesetzt und dort montiert.
Die radialen Vibrationen der Welle 16 werden im Wesentlichen durch das Dämpfungselement 20 und das Wärmebrückenelement 22 aufgenommen, und von diesen gedämpft und abgefedert, wodurch eine Zentrierung des Wälzlagers 14 bzw. der Welle 16 unterstützt und sichergestellt wird.
Das Wärmebrückenelement besteht aus Kupfer oder aus einer Kupfer-Legierung, wie beispielsweise Berylium-Kupfer- oder Zirkon-Kupfer-Legierungen.
In den in den 3–6 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Wärmebrückenelement 55, 65, 75, 85 nicht als im Querschnitt U-förmiger Ring, sondern als ein schraubenförmiger Drahtring ausgebildet, der seinerseits ein ringförmiges Toroid bildet.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist die Vakuumpumpe 50 gehäuseseitig zwei axial nebeneinander liegende Nuten 51, 52 auf, wobei in der einen Nut das Dämpfungselement 20 und in der anderen Nut das parallele Wärmebrückenelement 55 angeordnet ist.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vakuumpumpe 60 sind zwei gehäuseseitige Nuten 62, 63 für zwei Wärmebrückenelemente 65 vorgesehen, zwischen denen axial eine im Querschnitt größere Ringnut 61 zur Aufnahme des Dämpfungselementes 20 vorgesehen ist.
In den in 5 und 6 dargestellten Vakuumpumpen 70, 80 ist das Dämpfungselement 20 radial zwischen dem Wälzlager 14 und dem Gehäuse 12 angeordnet, während das Wärmebrückenelement 75, 85 axial des Wälzlagers 14 angeordnet ist. In dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe 70 ist das Wärmebrückenelement 75 ähnlich wie in den ersten beiden Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 ausgebildet, nämlich aus einem U-förmigen nach radial außen offenen Blech-Ring 76 mit einem kleineren Dämpfungselement 77 in der Nut ausgebildet.
In der in 7 dargestellten Vakuumpumpe 90 ist kein Dämpfungselement vorgesehen. Die radiale Abstützung des Statorringes erfolgt ausschließlich durch das Wärmebrückenelement 92.
Durch die bessere Wärmeabfuhr über das metallische Wärmebrückenelement werden alle rotierenden Teile sowie das Wälzlager besser gekühlt. Auf diese Weise wird die Lebensdauer insbesondere der Wälzlager erhöht.

Claims

Vakuumpumpe (10) mit einem Gehäuse (12) und einem Wälzlager (14) zum Lagern einer einen Pumpenrotor (18) tragenden Welle (16), wobei das Wälzlager (14) einen Statorring (24) aufweist, der beweglich an dem Gehäuse (12) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein federndes metallisches Wärmebrückenelement (22) zwischen dem Statorring (24) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, wobei das Wärmebrückenelement (22) den Statorring (24) und das Gehäuse (12) thermisch miteinander verbindet.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (22) radial und/oder axial des Statorringes (24) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (22) ringartig ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (22) im Querschnitt annähernd U-förmig ist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (55) als Schrauben-Drahtring ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (24) zusätzlich durch ein nicht-metallisches Dämpfungselement (20) an dem Gehäuse (12) gelagert ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (20) innerhalb des Wärmebrückenelementes (22) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (55) parallel zu dem Dämpfungselement (20) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebrückenelement (22) aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung besteht.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (20) ein Elastomer-Ring ist.