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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Rotor und mit einem
Schmiermittelkreislauf der eine Schmiermittelvorratskammer und eine Schmiermittelpumpe
enthält, und der zur Schmierung eines den Rotor drehbar
unterstützenden Wälzlagers dient.
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Vakuumpumpen
mit schnelldrehenden Rotoren, insbesondere Turbomolekularpumpen,
weisen häufig Wälzlager zur Lagerung des Rotors
auf. Aufgrund der schnellen Drehung, die im Bereich von einigen
zehntausend Umdrehungen pro Minute liegt, ist die Versorgung des
Wälzlagers mit Schmiermittel für die Lebensdauer
des Lagers entscheidend. Es ist bekannt, einen Schmiermittelkreislauf
vorzusehen, bei dem Schmiermittel einer Schmiermittelvorratskammer
entnommen und dem Wälzlager zugeführt wird. Von
dort fließt es dann zurück in die Schmiermittelvorratskammer.
Der Schmiermittelkreislauf wird von einer Schmiermittelpumpe in
Gang gehalten. Die Anforderungen an den Schmiermittelkreislauf werden
dadurch erhöht, dass die Befestigung der Vakuumpumpe in
verschiedenen Orientierungen in Bezug zur Schwerkraftrichtung an
der zu evakuierenden Anlage möglich sein soll.
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Ein
Beispiel für eine Anordnung, mit der das gelingen kann,
gibt die
EP-A 1 477
721 . Diese Schrift stellt eine Schmiermittelpumpe mit einer
Spindeln mit zwei Förderköpfen vor, von denen
jeweils eine in das in der Schmiermittelkammer befindliche Schmiermittel
eingetaucht ist. Auf diese Art wird eine Förderung von
Schmiermittel in jeder Orientierung erreicht.
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Man
stellt jedoch fest, dass die Lebensdauer im Kopfüberbetrieb,
wenn der Flansch der Vakuumpumpe in Bezug zur Schwerkraftrichtung
unterhalb des Wälzlagers angeordnet ist, geringer als bei
umgekehrter Ausrichtung der Vakuumpumpe ist.
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Daher
war es Aufgabe des Erfinder, eine Vakuumpumpe zu schaffen, deren
Lebensdauer insbesondere im Kopfüberbetrieb verlängert
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen
des ersten Anspruchs. Die Ansprüche 2 bis 6 geben vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung an.
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Eine
Schmiermittelsammelkammer, die zusätzlich zur Schmiermittelvorratskammer
vorgesehen und innerhalb der Vakuumpumpe zwischen Wälzlager
und Flansch angeordnet ist, ermöglicht es, bis zum Stillstand
des Rotors Schmiermittel in das Wälzlager zu fördern.
Dieses Schmiermittel wird in der Schmiermittelsammelkammer aufgefangen
und kann nicht in den Vakuumbereich der Vakuumpumpe gelangen. Dies
verhindert zum einen Kontamination des Vakuumbereichs mit Schmiermittel,
zum anderen werden Schmiermittelverluste erheblich verringert. Lebensdauerverringerung
durch Schmiermittelverluste treten daher nicht mehr auf. Da jederzeit Schmierung
gewährleistet ist, werden Betriebszustände mit
mangelndem Schmiermitteleinsatz vermieden. Dadurch wird der Verschleiß herabgesetzt und
somit die Lebensdauer erhöht.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schmiermittelvorratskammer
Teil der Schmiermittelpumpe, wodurch ein sehr platzsparender Aufbau
mit wenigen Bauteilen erreicht wird.
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Eine
Verunreinigung des Vakuumbereichs wird verhindert, indem in einer
Weiterbildung das Volumen der Schmiermittelsammelkammer derart bemessen
ist, dass sie die komplette, im Umlauf befindliche Menge des Schmiermittels
aufnehmen kann.
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In
einer anderen Weiterbildung weist die Schmiermittelpumpe ein Antriebsmittel
auf, durch dessen Gestaltung die Förderleistung der Schmiermittelpumpe
unabhängig von der Drehzahl des Rotors ist. Damit wird
bei in den Stillstand übergehenden Rotor weiterhin Schmiermittel
dem Wälzlager zugeführt, wodurch ein Abreißen
der Schmierung verhindert wird. Dadurch wird die Lebensdauer des Wälzlagers
weiter erhöht.
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Die
Erfindung lässt sich vorteilhaft weiterbilden, indem die
Schmiermittelvorratskammer ein Begrenzungsmittel aufwiest, das eine
vollständige Entnahme des Schmiermittels verhindert. Dadurch
bleibt immer eine Mindestmenge Schmiermittel in der Schmiermittelvorratskammer,
die dort Abkühlen kann. Etwaige durch den Umlauf in das
Schmiermittel gelangte Festkörper können in dieser
Mindestmenge ausfallen. Zudem ist die Nutzungszeit pro Schmiermittelmenge
geringer.
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Eine
einfache Ausführung des Begrenzungsmittels ist ein Kragen,
der um den Auslass der Schmiermittelvorratskammer herum angeordnet
ist.
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Anhand
eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher
erläutert und weitere Vorteile aufgezeigt werden. Es zeigen:
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1:
Schnitt durch eine Vakuumpumpe mit Schmiermittelkreislauf
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2:
Schnitt durch eine Schmiermittelpumpe, die gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung eine Schmiermittelvorratskammer umfasst.
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1 zeigt
eine Vakuumpumpe 1, die in Kopfüberanordnung betrieben
wird. Das bedeutet, dass sich der Flansch 28 am unteren
Ende der Vakuumpumpe befindet. Das untere Ende ist dabei in Bezug
auf die Schwerkraftachtung zu verstehen, die durch die Richtung
der Pfeilspitze des Pfeils 9 angezeigt wird. Der Flansch 28 ist
mit einer zu evakuierenden Einrichtung verbindbar. Mit dem Flansch,
der den Gaseinlass 23 umgibt, beginnt der Vakuumbereich 22 der
Vakuumpumpe. In diesem sind die pumpaktiven Elemente vorgesehen.
Durch deren Wirkung entsteht in der mit der Vakuumpumpe verbundenen
Einrichtung und innerhalb des Vakuumbereichs ein Gasdruck weit unterhalb
des Atmosphärendrucks. Im Beispiel umfassen die pumpaktiven
Elemente Schaufeln tragende Rotorscheiben 25, die an einem Vakuumpumpenrotor 2 angeordnet
sind. Ihnen stehen ebenfalls Schaufeln tragende Statorscheiben 26 gegenüber,
wobei sich Rotor- und Statorscheiben entlang des Vakuumpumpenrotors
abwechseln. Die Statorscheiben werden durch Distanzringe 27 auf axialem
Abstand gehalten. Das durch die pumpaktiven Elemente verdichtete
Gas wird durch einen Gasauslass 24 aus der Pumpe ausgestoßen.
Das vakuumseitige Ende des Vakuumpumpenrotors 2 ist durch
ein verschleiß- und schmiermittelfreies Permanenmagnetlager 21 drehbar
unterstützt. Ein Motor 20 versetzt den Vakuumpumpenrotor
in schnelle Drehung, bei der die pumpaktiven Elemente die Pumpwirkung
entfalten.
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Der
Vakuumpumpenrotor 2 wird durch ein Wälzlager 5 am
dem Permanentlager gegenüberliegenden Ende drehbar unterstützt.
Dieses Wälzlager wird durch einen Schmiermittelkreislauf
mit Schmiermittel versorgt. Der Schmiermittelkreislauf enthält eine
Schmiermittelvorratskammer 3 von der Schmiermittel über
einen Schmiermittelpumpenzulauf 15 zu einer Schmiermittelpumpe 4 gelangt,
welche mit ihrer Förderleistung den Schmiermittelkreislauf
in Gang hält. Von der Schmiermittelpumpe führt ein
externer Zulauf 10 zum Gehäuse der Vakuumpumpe
und ist dort mit einem internen Zulauf 11 verbunden. Dieser
mündet im Bereich einer Spritzmutter 12. Diese
ist auf dem Ende des Vakuumpumpenrotors befestigt und weist eine
konische Gestalt auf. Durch die Drehung des Vakuumpumpenrotors dreht sich
die Spritzmutter, so dass entlang des Konus eine Föderung
von Schmiermittel durch Fliehkraftwirkung stattfindet. Die Spritzmutter
fördert das Schmiermittel in das Wälzlager. Von
dort gelangt es in einen internen Rücklauf 13,
der mit einem externen Rücklauf 14 verbunden ist.
Durch den externen Rücklauf gelangt das Schmiermittel schließlich
zurück in die Schmiermittelvorratskammer. Der beschriebene
Fluss des Schmiermittels ist in der 1 durch Pfeile
angedeutet.
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Zwischen
Wälzlager und Flansch und damit in Schwerkraftrichtung
unterhalb des Wälzlagers ist eine Schmiermittelsammelkammer 6 angeordnet. Schmiermittel,
welches aus dem Wälzlager austritt, wird in ihr gesammelt,
bevor es in den internen Rücklauf 13 gelangt.
Beim Abschalten der Vakuumpumpe ist dies besonders wichtig, denn
wenn bei einer bereits mit Luft gefluteten Vakuumpumpe die Schmiermittelpumpe
abgeschaltetet wird, läuft Schmiermittel durch den Schmiermittelpumpenzulauf 15 zurück
in die Schmiermittelvorratskammer 3. Es verdrängt
die dort befindliche Luft, welche dann Schmiermittel durch den externen
Rücklauf 14 in die Vakuumpumpe drückt.
Dieses Schmiermittel wird von der Schmiermittelsammelkammer 6 aufgefangen.
Hierdurch wird verhindert, dass die im Umlaufbefindliche Teilmenge
des gesamten Schmiermittels entlang der Vakuumpumpenrotors in den
Vakuumbereich eintritt. Daher wird eine Kontamination der an die
Vakuumpumpe angeschlossenen Kammer verhindert. Gleichzeitig wird
auch verhindert, dass Schmiermittel aus dem Schmiermittelkreislauf
verloren geht, indem es in den Vakuumbereich eintritt. Von dort
kann es nicht mehr in den Schmiermittelkreislauf zurückgebracht
werden. Das Volumen der Schmiermittelsammelkammer ist derart bemessen,
dass es die im Umlauf befindliche Schmiermittelmenge aufnehmen kann.
Dadurch ist der Eintrag von Schmiermittel in den Vakuumbereich noch
zuverlässiger unterbunden. Durch die Schmiermittelsammelkammer
ist es möglich, bis zum Stillstand des Rotors Schmiermittel in
das Wälzlager zu fördern, ohne dass es zur Kontamination
des Vakuumbereichs kommen kann. Um die Menge des im Umlaufbefindlichen Schmiermittels
zu begrenzen, weist die Schmiermittelvorratskammer ein Begrenzungsmittel 16 auf.
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2 zeigt
den Schnitt durch eine Schmiermittelpumpe 4', deren Gehäuse 40 die
Schmiermittelvorratskammer bildet. Die Schmiermittelvorratskammer 3' wird
von einer hohlen Achse 32 durchsetzt, auf der ein Rotor 33 gleitgelagert
ist. Er weist einen schraubenförmigen Kanal 34 auf,
der bei Drehung des Rotors Schmiermittel in die hohle Achse hineinfördert.
Von dort tritt es durch den Auslass 31 aus der Schmiermittelpumpe
aus und in den Schmiermittelkreislauf ein. Durch einen Einlass 30 kommt
das Schmiermittel aus dem Schmiermittelkreislauf wieder in die Schmiermittelvorratskammer
hinein. Der Rotor wird von einem die Spulen 35 und die
rotorseitigen Magnete 36 umfassenden Antriebsmittel in
Drehung versetzt. Um die im Schmiermittelkreislauf umlaufende Schmiermittelmenge
zu begrenzen, ist ein hülsenförmiger Abschnitt 16' vorgesehen,
der den Rotor im Bereich des Auslasses der Schmiermittelvorratskammer
umgibt. Durch diese Hülse verbleibt in der Schmiermittelsvorratskammer
eine bis zur Höhe H stehende, nicht-umgewälzte
Schmiermittelmenge 37. Da die umlaufende Schmiermittelmenge,
welche bei der Schmierung des Wälzlagers erwärmt
wird, mit dieser kühleren Schmiermittelmenge in Austausch steht,
wird die Temperatur des Schmiermittels insgesamt gegenüber
einem Umlauf der Gesamtmenge abgesenkt. Damit wird die Lebensdauer
des Wälzlagers weiter erhöht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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