DE102011118661A1 - Friction vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Rotor (2), welcher von einem Wälzlager (4) drehbar unterstützt ist und welcher eine Nabe (8) und eine an der Nabe befestigte Hülse (10), mit einem ersten Ende (12) und einem freien, der Nabe abgewandten zweiten Ende (14) aufweist, und mit einem Stator (20), der konzentrisch zur Hülse diese unter Bildung eines Spaltes (30) mit einer Spaltweite (100) umgebend angeordnet ist. Um die Vakuumdaten zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Spaltweite zum Wälzlager hin abnimmt.The invention relates to a vacuum pump with a rotor (2) which is rotatably supported by a rolling bearing (4) and which has a hub (8) and a sleeve (10) fixed to the hub, with a first end (12) and a free end comprising a second end (14) facing away from the hub and a stator (20) concentric with the sleeve surrounding it to form a gap (30) with a gap width (100). In order to improve the vacuum data, it is proposed that the gap width decreases towards the rolling bearing.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a vacuum pump according to the preamble of the first claim.
Die am Markt seit Jahrzehnten in vielen verschiedenen industriellen Anwendungen, beispielsweise bei Gasanalyse und Halbleiterherstellung, erfolgreichen Turbomolekularpumpen werden zum Teil als so genannte Compoundpumpen gestaltet. Mit diesem Begriff wird verdeutlicht, dass neben dem turbomolekularen Pumpabschnitt eine molekulare Pumpstufe auf dem Rotor der Pumpe vorgesehen ist.The turbomolecular pumps, which have been successful on the market for decades in many different industrial applications, for example in gas analysis and semiconductor manufacturing, are partly designed as so-called compound pumps. This term clarifies that in addition to the turbomolecular pumping section, a molecular pumping stage is provided on the rotor of the pump.
Eine erfolgreiche Bauart solcher molekularen Pumpstufen ist die nach ihrem Erfinder benannte Holweckpumpstufe. Eine meist glatte Hülse rotiert in einem innerhalb oder außerhalb der Hülse angeordneten Stator, welcher auf der der Hülse zugewandten Seite in der Regel mehrere schraubenlinienartige Nuten besitzt. Zwischen Stator und Hülse befindet sich ein Spalt, der in der Regel weniger als ein Millimeter weit ist, oft sogar nur Bruchteile von Millimetern, beispielsweise einige Zehntel Millimeter.A successful design of such molecular pumping stages is the Holweck pumping stage named after its inventor. A generally smooth sleeve rotates in a stator arranged inside or outside the sleeve, which usually has a plurality of helical grooves on the side facing the sleeve. There is a gap between the stator and the sleeve, which is usually less than a millimeter wide, often only fractions of a millimeter, for example a few tenths of a millimeter.
Bestimmend für die Bemessung des Spaltes sind geometrische Daten, beispielsweise Fertigungstoleranzen, der Einfluss der Fliehkräfte auf den Hülsendurchmesser und die thermische Ausdehnung während des Betriebes. Diese Einflüsse führen zu einem weiten Spaltmaß, welches die Güte der Vakuumdaten, beispielsweise die Kompression, begrenzt.Decisive for the dimensioning of the gap are geometric data, for example manufacturing tolerances, the influence of the centrifugal forces on the core diameter and the thermal expansion during operation. These influences lead to a wide gap, which limits the quality of the vacuum data, for example the compression.
Es ist daher Aufgabe, eine Holweckpumpstufe mit verbesserten Vakuumdaten vorzustellen.It is therefore an object to present a Holweckpumpstufe with improved vacuum data.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 11 geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.This object is achieved by a vacuum pump with the features of claim 1. The dependent claims 2 to 11 indicate advantageous developments of the invention.
Die Spaltweite des Spaltes zwischen Hülse und Stator nimmt in Richtung zum Wälzlager ab. Aufgrund dessen geringen Spiels wird ein enger Spalt erreicht, wodurch die Vakuumdaten erheblich verbessert werden. Bei leichten Gasen wie beispielsweise Helium kann beispielsweise die Kompression um eine gute Dekade verbessert werden.The gap width of the gap between sleeve and stator decreases in the direction of the rolling bearing. Due to its low clearance, a narrow gap is achieved, which significantly improves the vacuum data. For example, with light gases such as helium, the compression can be improved by a good decade.
Neben dem Wälzlager kann ein Permanentmagnetlager zum Stützen des Rotors zum Einsatz kommen. In diesem Fall kommt die beanspruchte Spaltgestaltung besonders vorteilhaft zur Geltung, da Permanentmagnetlager ein großes Spiel besitzen und damit große Spalte erfordern. Der Spalt ist dann in Richtung Permanentmagnetlager weit und in Richtung Wälzlager eng. Im Stand der Technik würde der Spalt jedoch nach dem Spiel des Permanentmagnetlagers bemessen. Durch Anwendung der Merkmale der Ansprüche 1 bis 10 wird von diesem jahrzehntelang genutzten Vorgehen abgewichen und wenigstens abschnittweise ein Spalt erreicht, der auf das Spiel im Permanentmagnetlager keine Rücksicht nimmt. Bei einer Lagerung des Rotors mit Permanentmagnetlager und Wälzlager erfolgt daher eine besonders vorteilhafte Leistungssteigerung.In addition to the rolling bearing, a permanent magnet bearing can be used to support the rotor. In this case, the claimed gap design is particularly advantageous, since permanent magnet bearings have a large game and thus require large gaps. The gap is then narrow in the direction of the permanent magnet bearing and in the direction of the rolling bearing. However, in the prior art, the gap would be sized after the clearance of the permanent magnet bearing. By applying the features of claims 1 to 10 is deviated from this approach used for decades and at least partially reached a gap that takes no account of the game in the permanent magnet bearing. When storing the rotor with permanent magnet bearings and bearings therefore a particularly advantageous performance increase.
Vorteilhaft wirkt sich die zum Wälzlager hin abnehmende Spaltweite auch bei einer parallel pumpenden Anordnung von äußerer und innerer Oberfläche einer Hülse oder mehreren Hülsen aus. Hierbei erlaubt die Spaltweitenabnahme eine sehr genaue Abstimmung der Kompressionen der unterschiedlichen parallel zueinander pumpendes Spalte, beispielsweise kann der Einfluss der unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zwischen ruhenden und stehenden Komponenten auf die Kompression ausgeglichen werden.Advantageously, the gap width decreasing towards the roller bearing also has an effect on a parallel-pumping arrangement of the outer and inner surfaces of a sleeve or a plurality of sleeves. In this case, the gap width reduction allows a very precise tuning of the compressions of the different parallel pumping column, for example, the influence of different relative velocities between stationary and stationary components can be compensated for the compression.
An Hand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.With reference to an embodiment and its developments, the invention will be explained in more detail and the representation of its benefits to be deepened.
Es zeigen:Show it:
In
Der Rotor wird von einem Wälzlager
Konzentrisch zur Hülse ist ein Stator vorgesehen, der die Hülse unter Bildung eines Spaltes
Der Rotor wird von einem Antrieb in Drehung versetzt, wobei der Antrieb statorseitig eine Motorspule
Die Hülse besitzt ein erstes Ende
Durch die Drehung weitet sich die Hülse auf. Daher ist es vorteilhaft, Hülse und Scheibe aus unterschiedlichen Materialen zu gestalten, die Hülse beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), die Nabe aus einem Aluminium. Hierbei wird beobachtet, dass sich die Nabe unter Einwirkung von Fliehkraft und Temperatur stärker aufweitet als die Hülse. Bei Verwendung eines zweiten Wälzlagers
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite Ende
In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung befindet sich das zweite Ende daher auf Höhe des Wälzlagers, da dann höchster Arbeitsdruck innerhalb des Spaltes und geringster Spaltweite zusammenfallen.In a next advantageous development, the second end is therefore at the height of the rolling bearing, since then coincide highest working pressure within the gap and smallest gap width.
Die
Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, nach der die Hülse aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt ist, wodurch zum Wälzlager hin, insbesondere auf Höhe des Wälzlagers, ein sehr kleiner Spalt erreicht wird.Advantageous is a development, according to which the sleeve is made of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), whereby the rolling bearing, in particular at the height of the rolling bearing, a very small gap is achieved.
Weitergehende Gestaltungsmerkmale, die mit den bereits genannten Merkmalen kombiniert werden können, sollen anhand von
Das zweite Ende
Anstelle einer durchgehend linearen Änderung der Spaltweite über die Spaltlänge
Die Weiterbildung nach
Die Nabe trägt eine erste Hülse
Die Nabe kann entlang einer Nabenteilungslinie
Weitere Hülsen zur Bildung eines molekularen Pumpabschnittes können vorhanden sein, beispielsweise eine dritte Hülse
Gemäß der Weiterbildung, die in
Zusätzlich zur ersten Hülse kann eine dritte Hülse konzentrisch zur ersten und radial innerhalb des Zwischenstators angeordnet sein. So entsteht ein weiterer Pumpkanal. Weitere Hülsen, auch gemäß
Claims (11)
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