DE102006032765A1

DE102006032765A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102006032765A1
Application number: DE200610032765
Authority: DE
Inventors: Dirk Schiller; Manfred Wybranietz
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH; Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-17
Also published as: TW200819629A; WO2008006809A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe (10) mit einem elektrischen Antriebsmotor (12), der einen Motor-Rotor (30) und einen Motor-Stator (28) aufweist. Gemäß der Erfindung ist der Motor-Stator (28) innerhalb eines vakuumdichten Motorgehäuses (24) im Vakuum angeordnet. Der Motor-Stator (28) ist in einem Vergussmasse-Körper (43) eingegossen und auf diese Weise hermetisch gegenüber dem Vakuum isoliert. Die Vergussmasse (44) stellt einen elektrischen Isolator dar, der Spannungsüberschläge zwischen Wicklungs-Windungen verhindert und stellt ferner einen guten Wärmeleiter dar, durch den die in dem Motor-Stator (28) generierte Wärme abgeführt werden kann. Sowohl der Motor-Rotor (30) als auch der Motor-Stator (28) sind im Vakuum angeordnet, so dass auf einen Spalttopf verzichtet werden kann. Auf diese Weise weist der Antriebsmotor (12) einen guten Wirkungsgrad und einen hohen Leistungsfaktor auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, der einen Motor-Rotor und einen Motor-Stator aufweist.
Bei Vakuumpumpen mit einem rotorantreibenden elektrischen Antriebsmotor sind verschiedene Konstruktionen bekannt, um den vakuumführenden Teil der Pumpe in Bezug auf den Antriebsmotor abzudichten. Eine Lösung besteht darin, den Antriebsmotor vollständig außerhalb des Vakuums anzuordnen und die Motorwelle durch eine Öffnung des Pumpengehäuses hindurch zu führen. Die Wellendichtung an der Gehäusedurchführung muss vakuumdicht ausgeführt sein, was beispielsweise mit ölgedichteten Wellendichtungen realisierbar ist. Eine derartige Dichtung eignet sich jedoch grundsätzlich nicht für einen ölfreien Betrieb.
Eine andere konstruktive Lösung besteht darin, den Motor-Rotor durch einen Spalttopf isoliert im Vakuum anzuordnen, während der Motor-Stator außerhalb des Spalttopfes außerhalb des Vakuums bzw. in der Atmosphäre angeordnet ist. Der Spalttopf bringt jedoch unvermeidliche elektrotechnische Nachteile mit sich, nämlich einen verschlechterten Wirkungsgrad und einen verschlechterten Leistungsfaktor, und daraus resultierend einen relativ großen Antriebsmotor und hohe Wärmeverluste.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vakuumpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor mit hohem Wirkungsgrad und ohne Wellendichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist der Motor-Stator innerhalb eines vakuumdichten Motorgehäuses innerhalb des Vakuums angeordnet. Ferner ist der Motor-Stator in einem Vergussmasse-Körper aus einer geeigneten Vergussmasse eingegossen. Im Gegensatz zu einem Spalttopf-Motor ist gemäß der Erfindung nicht nur der Motor-Rotor, sondern auch der Motor-Stator innerhalb des Vakuumraumes angeordnet, also nicht hermetisch getrennt von vakuumführenden Teilen der Vakuumpumpe. Das Motorgehäuse weist ggf. lediglich eine Öffnung auf, durch die Steuer- und Versorgungsleitungen für den Antriebsmotor nach außen zur Außenseite des Motorgehäuses geführt werden. Die vakuumdichte Abdichtung von nicht beweglichen Teilen, wie sie Steuer- und Versorgungsleitungen darstellen, ist erheblich einfacher als die Abdichtung eines beweglichen Teiles gegenüber einem unbeweglichen Teil, beispielsweise durch eine Wellendichtung. Mit der Anordnung sowohl des Motor-Rotors als auch des Motor-Stators im Vakuum fällt eine Wellendichtung weg und wird eine leckfreie und zuverlässige dauerhafte Abdichtung des Vakuumraumes der Vakuumpumpe realisiert.
Durch das Wegfallen eines Spalttopfes kann der Spalt zwischen dem Motor-Stator und dem Motor-Rotor auf ein konstruktiv erforderliches Mindestmaß reduziert werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad bzw. der Leistungsfaktor des Antriebsmotors erheblich verbessert. Hierdurch lassen sich wiederum kleinere elektrische Antriebsmotoren zur Erzeugung derselben Wellenleistung einsetzen. Wegen der geringeren elektromagnetischen Verluste ist auch die Wärmeentwicklung erheblich reduziert, wodurch weitere konstruktive Vereinfachungen ermöglicht werden.
Der Motor-Stator ist in einer Vergussmasse eingegossen, wobei jedenfalls die Motor-Statorwicklung bzw. -wicklungen in den Vergussmasse-Körper eingegossen sind. Dies ist erforderlich, da andernfalls zwischen den Windungen der Statorwicklung bzw. -wicklungen im Vakuum Spannungsüberschläge auftreten würden. Die Vergussmasse ist ein guter elektrischer Isolator im Vergleich zum vergussmassefreien Vakuum. Ferner stellt die Vergussmasse wegen ihrer Wärmeleitfähigkeit den Wärmeabtransport sicher. Das Blechpaket des Motor-Stators kann, muss aber nicht, vollständig oder teilweise mit in den Vergussmasse-Körper mit eingegossen sein.
Weitere wichtige Eigenschaften der Vergussmasse sollten eine geringe Ausgasung und eine gute Korrosionsbeständigkeit sein.
Der Motor-Stator weist eine Wicklung oder mehrere Wicklungen sowie ein Blechpaket auf, wobei sowohl die Wicklung bzw. Wicklungen und das Blechpaket in den Vergussmasse-Körper eingegossen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Vergussmassen-Material ein Epoxydharz. Epoxydharz ist ein guter elektrischer Isolator, weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und ist relativ einfach bei relativ niedrigen Temperaturen gießbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung enthält die Vergussmasse Füllstoffe, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, als das Vergussmassen-Material. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse erhöht, so dass größere Wärmemengen abgeführt werden können.
Vorzugsweise ist eine Leitungsdurchführung durch eine Motorgehäuse-Öffnung vorgesehen und ragt die Vergussmasse mit einem Ansatz axial in die Öffnung hinein, also entlang der Axialen des Antriebsmotors und des Pumpenrotors. Der Ansatz ist einstückig mit der Vergussmasse des Vergussmasse-Körpers ausgebildet. In dem Ansatz sind möglichst mittig die Leitungen zur Versorgung des Antriebsmotors und ggf. weiterer Leitungen axial angeordnet. Die vakuumdichte Abdichtung der Durchführung kann zwischen dem Vergussmasse-Ansatz und dem Öffnungsrand durch geeignete Dichtmittel, beispielsweise durch einen gummielastischen O-Ring ausgebildet sein. Die eigentliche vakuumdichte Abdichtung kann jedoch auch durch einen separaten Öffnungs-Deckel erfolgen, der seinerseits gegenüber dem Rand der Motorgehäuse-Öffnung mit einem gummielastischen O-Ring abgedichtet ist, und zur Durchführung entsprechende Kontaktstifte aufweist.
Vorzugsweise ist der Antriebsmotor ein bürstenloser Gleichstrom- oder Asynchron-Motor. Derartige Motoren sind wegen ihrer Bürstenlosigkeit besonders geeignet als Antriebsmotor für Vakuumpumpen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Vakuumpumpe eine Wälzkolben-Vakuumpumpe. Bei Wälzkolben-Vakuumpumpen ist konstruktionsbedingt der Antriebsmotor bzw. Teile des Antriebsmotors in der Regel auf der Vakuumseite angeordnet, so dass sich das Erfordernis einer vakuumdichten Abdichtung des Antriebsmotors insbesondere bei Wälzkolben-Vakuumpumpen ergibt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
1 zeigt eine Wälzkolben-Vakuumpumpe im Längsschnitt, und
2 vergrößert eine Leitungsdurchführung der Vakuumpumpe der 1.
In der 1 ist eine Wälzkolben-Vakuumpumpe 10 im Längsschnitt dargestellt, die u.a. einen elektrischen Antriebsmotor 12, einen ersten Pumpenrotor 14 und zwei als Wälzlager ausgebildete Lager 16, 18 aufweist. Eines der beiden Wälzlager 18 ist axial zwischen dem Pumpenrotor 14 und dem Antriebsmotor 12 angeordnet. Ein zweiter Pumpenrotor, mit dem der erste Pumpenrotor zusammenwirkt, ist nicht dargestellt.
Das Gehäuse 19 der Vakuumpumpe 10 besteht im Wesentlichen aus einem Getriebegehäuse 20, einem Pumpengehäuse 22 und einem Motorgehäuse 24. In dem vakuumdichten Metall-Motorgehäuse 24 ist der Antriebsmotor 12 angeordnet, der von einem Motor-Stator 28 und einem Motor-Rotor 30 gebildet wird, der auf einer Welle 32 sitzt.
Der Antriebsmotor 12 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, kann jedoch auch als bürstenloser Asynchronmotor ausgebildet sein. In jedem Fall ist der Antriebsmotor 12 bürstenlos ausgebildet.
Das gesamte Vakuumpumpen-Gehäuse 19 ist vakuumdicht ausgebildet. Insbesondere das Motorgehäuse 24 ist vakuumdicht ausgebildet. Innerhalb des Motorgehäuses 24 bildet sich daher stets ungefähr der gleiche Gasdruck aus, wie an dem angrenzenden Ende des Pumpenrotors 14. Dies ist u.a. deshalb erforderlich, um eine Gasströmung von dem Motorgehäuse 24 in Richtung Pumpenrotor 14 zu vermeiden, durch den unerwünschterweise Schmiermittel aus dem Motorgehäuse 24 in den Pumpenbereich gelangen könnte.
Zwischen dem motorseitigen Lager 18 und dem Pumpenrotor 14 ist eine Dichtanordnung 34 vorgesehen, die im Wesentlichen eine Schmiermittel-Dichtung ist und einen Übertritt von Schmiermittel aus dem Motorgehäuse 24 in das Pumpengehäuse 22 verhindert.
Der Motor-Stator 28 weist auf einem Blechpaket 40 mehrere Wicklungen 42 auf. Der von dem Blechpaket 40 und den Wicklungen 42 gebildete Motor-Stator 28 ist vollständig in einem Vergussmasse-Körper 43 aus Vergussmasse 44 eingegossen. Der Vergussmasse-Körper 43 bildet auf diese Weise einen geschlossenen Ring. Die Vergussmasse 44 besteht aus Epoxydharz und enthält Füllstoffe, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Vergussmassen-Material. Als Füllstoffe eignen sich insbesondere elektromagnetisch neutrale Materialien, wie beispielsweise Sand u.ä..
In der 2 ist vergrößert eine Leitungsdurchführung 46 durch eine axiale Motorgehäuse-Öffnung 48 dargestellt. Ein Vergussmasse-Ansatz 60 ragt axial über einen Teil der Öffnungslänge in die Öffnung 48 hinein. Die Öffnung 48 und der Ansatz 60 sind axial angeordnet, d.h. parallel zur Antriebsmotor-Axialen. Die eigentliche vakuumdichte Abdichtung erfolgt durch einen Deckel 62, der mit einem O-Ring 64 gegenüber dem Gehäuse 24 abgedichtet ist. In dem Deckel 62 ist ein bzw. sind mehrere Kontaktstifte 50' eingegossen, die elektrische Leitungen 50 nach außen kontaktieren. Die elektrischen Leitungen 50 dienen der Bestromung des Motor-Stators 28, dienen ggf. der Bestromung einer Magnetlagerung und dienen der Übertragung von Sensordaten.

Claims

Vakuumpumpe (10) mit einem elektrischen Antriebsmotor (12), der einen Motor-Rotor (30) und einen Motor-Stator (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor-Stator (28) innerhalb eines vakuumdichten Motorgehäuses (24) angeordnet ist, und dass der Motor-Stator (28) in einen Vergussmassen-Körper (43) aus Vergussmasse (44) eingegossen ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei das Vergussmassen-Material ein Epoxydharz ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vergussmasse (44) Füllstoffe enthält, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Vergussmassen-Material.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Leitungsdurchführung (46) durch eine Motorgehäuse-Öffnung (48) vorgesehen ist und die Vergussmasse (44) mit einem Ansatz (60) axial in die Öffnung (48) hineinragt.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Motor-Stator (28) eine Wicklung (42) und ein Blechpaket (40) aufweist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Antriebsmotor (12) ein bürstenloser Gleichstrom- oder Asynchron-Motor ist.
Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vakuumpumpe (10) eine Wälzkolben-Pumpe ist.