DE102011086164A1

DE102011086164A1 - Vakuumpumpe sowie Verfahren zum Schmieren eines Wälzlagers einer Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102011086164A1
Application number: DE201110086164
Authority: DE
Inventors: Holger Dietz; Gerhard Wilhelm Walter; Christian Beyer
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Eine Vakuumpumpe weist einen in einem Gehäuse (12) durch Lagerelemente gelagerten Rotor (10) auf. Zumindest eines der Lagerelemente weist ein Wälzlager (14) auf. Ferner ist ein Schmiermittelreservoir (22) zur Bereitstellung von Schmiermittel für das mindestens eine Wälzlager (14) vorgesehen. Mit Hilfe einer Zuführeinrichtung erfolgt das Zuführen von Schmiermittel zu dem Wälzlager (14), wobei die Zuführeinrichtung einen Schmiermittelvernebler (24) aufweist, so dass ein Schmiermittelnebel (26) erzeugt wird, der dem Wälzlager (14) zur Schmierung des Wälzlagers (14) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe sowie ein Verfahren zum Schmieren eines Wälzlagers einer Vakuumpumpe.
Vakuumpumpen weisen zumindest einen in einem Gehäuse gelagerten Rotor auf. Die Lagerung erfolgt über elektromagnetische Lager oder über Wälzlager. Da die Lagerung über elektromagnetische Lager komplizierter ist und somit mit höheren Kosten verbunden ist, ist das Vorsehen von Wälzlagern bevorzugt. Aufgrund des herrschenden Vakuums und da die Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren hoch ist, besteht jedoch bei Wälzlagern die Problematik eines Abrisses des Schmierfilms, so dass aufgrund mangelhafter Schmierung ein Versagen der Wälzlager auftreten kann. Neben der Möglichkeit, fettgeschmierte Wälzlager vorzusehen, ist es bekannt, die Lagerschmierung über flüssige Schmiermittel zu gewährleisten. Bei der kontinuierlichen Zufuhr von flüssigem Schmiermittel über Pumpen besteht jedoch die Gefahr, dass größere Mengen an Schmiermitteln in das durch die Vakuumpumpe geförderte Medium gelangen und dieses verunreinigen.
Aus EP 1 872 015 ist es bekannt, Schmiermitteltröpfchen dem Wälzlager zuzuführen Aufgrund der unregelmäßigen Verteilung der Tröpfchen im Wälzlager sowie aufgrund ggf. auftretender größerer Tröpfchen entstehen im Wälzlager hohe Scherkräfte. Dies führt zu lokalen Temperaturerhöhungen im Wälzlager, die kurzfristig im Bereich von über 100°C liegen können. Hierdurch werden Lagerbeschädigungen hervorgerufen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schmiermittelzufuhr für Vakuumpumpen zu schaffen, durch die die Lebensdauer der Wälzlager erhöht und somit ein Versagen der Vakuumpumpe vermieden ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Schmieren eines Wälzlagers einer Vakuumpumpe gemäß Anspruch 7.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist einen in einem Gehäuse gelagerten Rotor auf. Hierbei kann es sich insbesondere um einen schnelldrehenden Rotor einer Turbomolekularpumpe aber auch um einen Rotor einer Rootspumpe oder einer Schraubenpumpe handeln. Der Rotor ist durch Lagerelemente gelagert, wobei zumindest eines der Lagerelemente ein Wälzlager aufweist. Ein zweites Lagerelement kann ebenfalls ein Wälzlager aufweisen oder als elektromagnetisches Lager ausgebildet sein. Ferner ist ein Schmiermittelreservoir zur Bereitstellung von flüssigem Schmiermittel vorgesehen. Über eine Zuführeinrichtung erfolgt das Zuführen des Schmiermittels zu dem mindestens einen Wälzlager. Hierbei können bei Vorsehen von zwei Wälzlagern ein gemeinsames Schmiermittelreservoir oder auch zwei gesonderte Schmiermittelreservoire vorgesehen sein. Erfindungsgemäß weist die Zuführeinrichtung einen Schmiermittelvernebler auf. Durch den Schmiermittelvernebler erfolgt ein feintröpfiges Zerstäuben bzw. Vernebeln des flüssigen Schmiermittels. Durch den Nebel erfolgt ein gleichmäßiges Schmieren des Wälzlagers, so dass die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht und somit ein frühzeitiges Versagen der Vakuumpumpe vermieden ist.
Insbesondere kann der Schmiermittelvernebler als Piezovernebler ausgebildet sein. In bevorzugter Ausführungsform weist ein Piezovernebler eine mit Schmiermittel gefüllte Kammer auf. Die Kammer ist mit einem Reservoir verbunden, so dass stets gewährleistet werden kann, dass die Kammer vollständig gefüllt ist. Mit Hilfe einer insbesondere ein keramisches Element aufweisenden Piezoelektronik wird ein eine kleine Öffnung aufweisendes Bauteil mit hoher Frequenz angeregt. Das Bauteil drückt auf die Kammer, wodurch kleine Tröpfchen erzeugt werden.
Ferner kann eine Schmiermittelvernebelung auch pneumatisch erfolgen. Hierbei kann eine Lochblende derart dimensioniert werden, dass sie sich bei Erreichen der Nenn-Drehzahl in Resonanz befindet. Hierdurch erfolgt ohne Vorsehen eines Piezoelements eine Erzeugung feiner Tröpfchen und somit ein Vernebeln.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Schmiermittelvernebler unmittelbar im Schmiermittelreservoir angeordnet ist, so dass die Nebelerzeugung im Schmiermittelreservoir bzw. an der Schmiermitteloberfläche erfolgt. Hierdurch ist ein unmittelbares Zuführen des Nebels zu dem Lager möglich. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass, sofern mehrere Wälzlager vorgesehen sind, die Wälzlager ein gesondertes Schmiermittelreservoir aufweisen, so dass das Schmiermittelreservoir nahe am Wälzlager angeordnet werden kann. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Nebel unmittelbar nach der Erzeugung durch den Schmiermittelvernebler in das Wälzlager gelangt, so dass eine Bildung größerer Tröpfchen vermieden ist. Vorzugsweise werden durch den Schmiermittelvernebler möglichst kleine Tröpfchen erzeugt. Diese weisen vorzugsweise einen Durchmesser von wenigen Mikrometern und besonders bevorzugt weniger als 3 μm, insbesondere weniger als 1 μm auf.
Das erfindungsgemäße Vorsehen eines Schmiermittelverneblers hat ferner den Vorteil, dass nur geringe Schmiermittelmengen erforderlich sind. Eine zuverlässige Aufrechterhaltung des Schmiermittelfilms kann bereits bei einer Schmiermittelzufuhr zu dem Wälzlager von weniger als 10 mm³ in einem Zeitraum von 24 Stunden erfolgen. Vorzugsweise ist die Schmiermittelzufuhr geringer als 5 mm³/24 h, insbesondere geringer als 1 mm³/24 h.
In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann durch das Vorsehen eines Schmiermittelverneblers als Zuführeinrichtung zum Zuführen von Schmiermittel ein Wälzlager, insbesondere ein Hochgeschwindigkeitslager geschmiert werden.
Zusätzlich zu der Zuführleitung ist vorzugsweise eine Rückführleitung zum Zurückführen des Schmiermittels zu dem mindestens einen Schmiermittelreservoir vorgesehen.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmieren eines Wälzlagers einer Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um die vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen einer Vakuumpumpe handelt, erfolgt mit Hilfe eines Schmiermittelverneblers ein Vernebeln von Schmiermittel. Dieses wird sodann zur Schmierung dem mindestens einen Wälzlager zugeführt. Vorzugsweise erfolgt hierbei ein Zuführen von Tröpfchen mit geringem Durchmesser, wie vorstehend anhand der Vakuumpumpe definiert. Auch das Zuführen der Menge an Schmiermittel ist, wie vorstehend definiert, vorzugsweise äußerst gering.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines in einer Vakuumpumpe anordenbaren Wälzlagers mit Schmiermittelzufuhr durch einen Schmiermittelvernebler, und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schmiermittelverneblers.
In 1 ist im Halbschnitt nur ein Wälzlager dargestellt, das eine Rotorwelle 10 eines Rotors in einem Gehäuse 12 der Vakuumpumpe drehbar lagert. Das dargestellte Lagerelement weist ein Wälzlager 14 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine innere, mit der Rotorwelle 10 verbundene Lagerschale 16 sowie eine äußere, in dem Gehäuse 12 angeordnete Lagerschale 18 aufweist. Zwischen den Lagerschalen 16, 18 sind als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 20 angeordnet. Selbstverständlich sind auch andere Wälzlager mit anderen Wälzkörpern oder beispielsweise nur einer äußeren Lagerschale verwendbar.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform weist ein Schmiermittelreservoir 22 auf, in dem unmittelbar ein Piezovernebler 24 angeordnet ist. Bei dem Piezovernebler 24 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine elektrisch betriebene Piezovorrichtung, deren Leistung beispielsweise über eine Steuer- und Regeleinrichtung regelbar ist. Mit Hilfe des Piezoverneblers 24 wird ein feintröpfiger, homogener Nebel 26 erzeugt. Dieser wird dem Wälzlager 14 zugeführt, wobei überschüssiges Schmiermittel über eine Rückführleitung 28 in das Schmiermittelreservoir 22 zurückgeführt wird. Da es besonders bevorzugt ist, dass nur geringe Mengen an Schmiermittel dem Lager zugeführt werden, kann die Rückführleitung 28 einfach ausgestaltet sein, so dass beispielsweise lediglich eine Nut in dem Gehäuse 12 vorgesehen ist, durch die überschüssiges Schmiermittel in das Reservoir 22 zurückfließt.
Ein als Schmiermittelvernebler 24 einsetzbarer Piezovernebler weist eine mit dem dem Wälzlager 14 zuzuführenden Schmiermittel gefüllte Kammer 30 auf. Die Kammer 30 ist mit dem Schmiermittelreservoir über eine Leitung 32 verbunden, so dass in der Kammer 30 stets eine vorgegebene Menge an Schmiermittel enthalten ist bzw. die Kammer 30 stets mit Schmiermittel gefüllt ist. Zur Zurückführung von Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir 22 ist eine Leitung 34 mit einem zwischengeschalteten Ventil 37 vorgesehen.
Die Kammer 30 ist mit einem Gehäusedeckel 36 verbunden, so dass sich ein Raum 38 ausbildet. In dem Raum 38 ist Luft oder ein anderes Gas angeordnet, das dem Raum 38 über eine Leitung 40 zugeführt wird, wobei es sich hierbei insbesondere um unter Druck stehendem Gas handelt. In dem Raum 38 ist ferner das Piezoelement 42 angeordnet. Dieses weist ein Keramikelement 44 auf, das über eine elektrische Leitung 46 mit einem elektrischen Signal beaufschlagt ist. Mit dem Keramikelement 44 ist ein mit der Kammer 32 verbundenes Halteelement 48 verbunden. Dies trägt eine Druckplatte 50, die einerseits über O-Ringe, insbesondere Teflon-O-Ringe 52, auf die Kammer 30 einwirkt und eine Austrittsöffnung 54 aufweist.
Durch entsprechendes Ansteuern des Keramikelements 44 wird die Druckplatte 50 in hochfrequente Schwingungen versetzt, so dass durch die Öffnung 54 Mikrotropfen 56 ausgestoßen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1872015 [0003]

Claims

Vakuumpumpe, mit einem durch Lagerelemente in einem Gehäuse (12) gelagerten Rotor (10), wobei zumindest eines der Lagerelemente ein Wälzlager (14) aufweist, einem Schmiermittelreservoir (22) zur Bereitstellung von Schmiermittel für das mindestens eine Wälzlager (14), und einer mit dem Schmiermittelreservoir (22) verbundenen Zuführeinrichtung zur Zufuhr von Schmiermittel zu dem mindestens einen Wälzlager (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung einen Schmiermittelvernebler (24) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelvernebler (24) als Piezovernebler ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelvernebler (24) eine vibrierende und/oder in Resonanzfrequenz betriebene Lochscheibe aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelvernebler (24) im Schmiermittelreservoir (22) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelvernebler (24) Tröpfchen mit einer Tröpfchengröße erzeugt, deren Durchmesser kleiner als 3 μm, insbesondere kleiner als 1 μm ist.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelvernebler (24) derart ausgebildet ist, dass dem Wälzlager (14) weniger als 10 mm³/24 h, insbesondere weniger als 5 mm³/24 h und besonders bevorzugt weniger als 1 mm³/24 h Schmiermittel zugeführt werden.
Verfahren zum Schmieren eines Wälzlagers (14) einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–5, bei welchem mit Hilfe eines Schmiermittelverneblers (24) Schmiermittel dem Wälzlager (14) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem dem Wälzlager (14) Tröpfchen mit einer Tröpfchengröße zugeführt werden, deren Durchmesser kleiner als 3 μm, insbesondere kleiner als 1 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem dem Wälzlager (14) eine Schmiermittelmenge von weniger als 5 mm³/24 h und besonders bevorzugt weniger als 1 mm³/24 h zugeführt wird.