DE102015111049A1

DE102015111049A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102015111049A1
Application number: DE102015111049.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Bader; Jürgen Wagner
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: DE102015111049B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einem Rotor mit wenigstens einer Welle, die in wenigstens zwei Lagern in dem Gehäuse gelagert ist, wobei wenigstens ein Lager in einer Lagerfassung angeordnet ist, welche eine Buchse und einen Flansch aufweist, bei der die Buchse der Lagerfassung als elastische Buchse ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, welches wenigstens zwei Gehäusebauteile aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei ein erstes Gehäusebauteil mit wenigstens einem Zapfen in einer Ausnehmung eines zweiten Gehäusebauteiles angeordnet ist, bei der der Zapfen als elastischer Zapfen ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse.
Vakuumpumpen spielen in der Vakuumtechnik eine wichtige Rolle und werden in den unterschiedlichsten technischen Anwendungen zum Absaugen von vornehmlich gasförmigen Medien zur Evakuierung von Hohlräumen eingesetzt. Dabei kommen unter anderem Turbomolekularpumpen zum Einsatz, welche im molekularen, das heißt im nichtviskosen Bereich arbeiten und dazu geeignet sind, ein Vakuum mit einer sehr hohen Reinheit zu erzeugen. Turbomolekularpumpen umfassen üblicherweise eine Rotationseinheit, die aus einem Stator und einem gegenüber dem Stator drehbaren Rotor besteht, wobei der Rotor zur Erzeugung des hochreinen Vakuums mit üblicherweise sehr hohen Drehzahlen drehend angetrieben werden.
In der Praxis werden darüber hinaus so genannte Splitflow-Vakuumpumpen eingesetzt, um mehrere Kammern, beispielsweise eines Massenspektrometersystems gleichzeitig zu evakuieren. Durch die Splitflow-Vakuumpumpen ist es möglich, auf ein Pumpensystem, bestehend aus mehreren Einzelpumpen zu verzichten und die Evakuierung von mehreren Kammern mit einer einzigen Pumpe durchzuführen.
Splitflow-Vakuumpumpen weisen den Vorteil auf, dass sie lediglich einen geringeren Platzbedarf für das Vakuumsystem aufweisen. Die Splitflow-Vakuumpumpen werden nicht nur in Analysegeräten, sondern zum Beispiel auch in Lecksuchern eingesetzt, deren Analyseprinzip ebenfalls auf der Massenspektrometrie beruht.
Aus dem Stand der Technik ( DE 43 31 589 A1 ) ist eine Turbomolekularpumpe bekannt, welche mehrere Sauganschlüsse aufweist, die jeweils mit einer der Vakuumkammern einer Vorrichtung, beispielsweise eines Massenspektrometers verbunden wird. Die Sauganschlüsse führen Gas an verschiedene axial beabstandete Stellen des Rotors. Entlang der Rotorachse sind mehrere sogenannte Rotor-/Statorpakete angeordnet, die jeweils Gas komprimieren. Ein hochvakuumseitiges Statorpaket erzeugt ein Druckverhältnis zwischen seinem Einlass und seinem Auslass. Der Einlass ist mit einer ersten Vakuumkammer verbunden. Der Auslass ist mit dem Einlass des nächsten Rotor-/Statorpaketes verbunden. Zusätzlich ist dieser Bereich zwischen zwei Rotor-/Statorpaketen mit einer zweiten Vakuumkammer verbunden. Aufgrund des von dem ersten Rotor-/Statorpaket erzeugten Druckverhältnisses und des schlechten Leitwertes zwischen den Vakuumkammern ist der Druck in den beiden Vakuumkammern unterschiedlich. Durch eine entsprechende Anzahl von Rotor-/Statorpaketen können mehrere Vakuumkammern auf verschiedene Drücke evakuiert werden, wobei jedem Sauganschluss ein Rotor-/Statorpaket zugeordnet wird. Es zeigt sich, dass im Vergleich zum Durchmesser sehr lange Rotoren schwer zu handhaben sind, da die Rotoren mit Drehzahlen im Bereich von einigen zehntausend Umdrehungen pro Minute betrieben werden.
Aus der Praxis sind weiterhin Splitflow-Vakuumpumpen bekannt, die drei oder vier radiale Einlässe aufweisen und die wenigstens vier Pumpstufen aufweisen. Die Pumpstufen sind in der Regel Turbomolekularpumpstufen. Diese werden häufig mit weiteren Pumpstufen, beispielsweise Holweckpumpstufen oder Gaedepumpstufen kombiniert.
Insbesondere die Splitflow-Vakuumpumpen, jedoch auch andere Pumpen wie Turbomolekularvakuumpumpen können relativ lange Rotoren aufweisen.
Aufgrund dieser Länge der Rotoren ist es besonders wichtig, eine genaue Ausrichtung (Zentrierung) von Lagerfassungen oder auch Lagerschilden zu ermöglichen.
Aus der Praxis ist auch bekannt, dass die Welle mit den Lagern, in denen die Welle drehbar gelagert ist, in den Lagerfassungen mit einem gewissen Spiel, beispielsweise von zwei hundertstel Millimetern gelagert ist. Dieses Spiel verursacht einen radialen Versatz der Lagerfassungen und damit der Welle. Insbesondere Kugellager sind hinsichtlich dieses radialen Versatzes relativ empfindlich, da schon bei einer Abweichung der Achse von 0,02° Langzeitschäden an den Kugellagern auftreten.
Darüber hinaus ist es aus der Praxis bekannt, Gehäuse aus mehreren Gehäusebauteilen auszubilden. Insbesondere bei Pumpen langer Baulänge, wie beispielsweise Splitflow-Vakuumpumpen werden in dem Gehäuse beispielsweise Verlängerungen vorgesehen, um die große Baulänge der Splitflow-Vakuumpumpe aufzunehmen. Auch bei der Verbindung der Gehäusebauteile tritt häufig ein Spiel auf, so dass die Gehäusebauteile über die Gesamtlänge der Pumpe nicht exakt zueinander ausgerichtet sind, was sich wiederum nachteilig auf die in den Gehäusebauendteilen angeordneten Lager auswirkt.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vakuumpumpe mit einer Lagerfassung anzugeben, mit der eine hochgenaue Zentrierung der Welle und/oder eines Wälzlagers möglich ist. Darüber hinaus soll eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse angegeben werden, bei dem Gehäusebauteile hochgenau zueinander zentriert ausgerichtet sind.
Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 oder durch eine Vakuumpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einem Rotor mit wenigstens einer Welle, die in wenigstens zwei Lagern in dem Gehäuse gelagert ist, wobei wenigstens ein Lager in einer Lagerfassung angeordnet ist, welche eine Buchse und einen Flansch aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Buchse der Lagerfassung als elastische Buchse ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, welches wenigstens zwei Gehäusebauteile aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei ein erstes Gehäusebauteil mit wenigstens einem Zapfen in einer Ausnehmung eines zweiten Gehäusebauteiles angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Zapfen als elastischer Zapfen ausgebildet ist und/oder dass in dem Zapfen elastische Bauelemente angeordnet sind.
Durch die elastische Ausbildung der Buchse der Lagerfassung oder des Zapfens wird es ermöglicht, dass die Welle exakt ausgerichtet werden kann.
Nach dem Bezugssystem gemäß DIN-ISO-5459 weist die Lagerfassung eine Planfläche auf, die als Primärbezug A (erste Ausrichtung) ausgebildet ist, und der Durchmesser der Buchse ist der Sekundärbezug B. Durch die elastische Buchse wird ein Mittenversatz, das heißt ein Achsversatz vermieden.
Auf diese Art und Weise ist eine hochgenaue Ausrichtung (Zentrierung) der Lagerfassung, das heißt von Lagerflanschbauteilen oder von Gehäusebauteilen ohne eine Einengung der Passmaße möglich.
Die erfindungsgemäß elastisch ausgebildete Buchse erlaubt eine genaue Ausrichtung der Welle, indem das Lager, welches in der Lagerfassung angeordnet ist, ebenfalls entsprechend ausgerichtet werden kann. Diese Ausrichtung erfolgt, ohne dass ein Spiel zwischen dem Lager und der Lagerfassung vorhanden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Buchse und/oder der Zapfen wenigstens einen Schlitz und/oder wenigstens eine Bohrung und/oder wenigstens eine Ausnehmung auf.
Der wenigstens eine Schlitz kann vorteilhaft als radialer Schlitz ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der wenigstens eine Schlitz in der Buchse oder in dem Zapfen derart angeordnet ist, dass die Buchse und/oder der Zapfen wenigstens zwei längliche bogenförmige Elemente aufweist. Hierdurch wird die erforderliche Elastizität der Buchse oder des Zapfens ausgebildet.
Es besteht auch die Möglichkeit, Bohrungen in der Buchse oder dem Zapfen vorzusehen, derart, dass die Buchse oder der Zapfen in sich eine Elastizität aufweist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Buchse oder der Zapfen wenigstens eine Ausnehmung aufweist, das heißt, dass beispielsweise in radialer Richtung Ausnehmungen, das heißt Bereiche mit einer geringeren Wandstärke als die übliche Wandstärke der Buchse oder des Zapfens aufweist. Auch hierdurch wird eine Elastizität der Buchse oder des Zapfens erzielt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der Buchse oder in dem Zapfen wenigstens ein federndes Bauteil angeordnet ist.
Das federnde Bauteil ist derart in der Buchse oder dem Zapfen angeordnet, dass das federnde Lager an dem Bauteil an dem Lager beispielsweise an dem äußeren Lagerkäfig eines Wälzlagers, insbesondere eines Kugellagers oder an dem Gegenstück des Gehäuses anliegt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das federnde Bauteil als elastomeres Bauteil ausgebildet ist. Das bedeutet, dass in der Buchse oder in dem Zapfen wenigstens ein elastomeres Bauteil angeordnet ist, welches Kontakt beispielsweise zum Lager, insbesondere zum äußeren Lagerkäfig eines Wälzlagers aufweist. Auch hierdurch ist es möglich, eine genaue Zentrierung des Lagers oder des angrenzenden Gehäusebauteiles vorzunehmen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Buchse oder der Zapfen ein Übermaß auf.
Das bedeutet beispielsweise, dass die Buchse der Lagerfassung im Durchmesser kleiner ausgebildet ist, als der Durchmesser der Welle oder der Durchmesser des äußeren Lagerkäfigs eines Lagers. Durch die Elastizität der Buchse ist es möglich, diese aufzuspreizen, um beispielsweise die Welle oder das Lager aufzunehmen. Anschließend legt sich die elastisch ausgebildete Buchse fest an die Welle oder an das Lager an, so dass eine spielfreie Anordnung der Welle oder des Lagers in der Buchse der Lagerfassung ausgebildet wird.
Diese Ausführungsform lässt sich gleichermaßen auf die Anordnung von wenigstens zwei Gehäusebauteilen zueinander anwenden.
Insbesondere bei der Anordnung von Wälzlagern ist es erforderlich, dass die Welle exakt ausgerichtet wird. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, dass das wenigstens eine Lager als Wälzlager ausgebildet ist.
Die Lagerfassung und/oder das wenigstens eine Gehäusebauteil ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus Aluminium oder Stahl gebildet. Diese Materialien werden häufig im Bereich von Vakuumpumpen eingesetzt und weisen die erforderlichen Eigenschaften auf.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform kann bei jeder Art von Vakuumpumpe eingesetzt werden. Als Vakuumpumpe kommt wie eingangs beschrieben, zum Beispiel eine Splitflow-Vakuumpumpe in Frage, die eine sehr lange Baulänge aufweist. Die Erfindung kann auch bei einer Turbomolekularpumpe eingesetzt werden. Es ist auch möglich, die Erfindung bei einer sogenannten Scrollpumpe einzusetzen. Scrollpumpen werden auch Spiralvakuumpumpen oder Spiralfluidfördereinrichtungen genannt. Diese Pumpen arbeiten nach dem Verdrängerprinzip. Eine Scrollpumpe besteht aus zwei ineinander gesteckten Spiralzylindern (beispielsweise archimedische Spiralen oder Evolvente). Eine dieser Spiralen steht fest. Die andere Spirale bewegt sich über einen Exzenterantrieb (Exzentergetriebe, Exzenterwelle) auf einer kreisförmigen Bahn. Man spricht von einer zentralsymmetrischen Oszillation (”wobbeln”). Zwischen den Spiralen entstehen so einzelne abgeschlossene halbmondförmige Hohlräume, die ihr Volumen nach innen immer weiter verkleinern. Dadurch wird das zu pumpende Fluid beispielsweise Gas außen angesaugt, innerhalb der Pumpe verdichtet und über eine Öffnung in der Spiralmitte ausgestoßen.
Die Höhe der Spiralwände, deren Abstand sowie die Drehzahl definieren die Saugleistung einer Scrollpumpe.
Der Einsatz der Erfindung bei einer Scrollpumpe ist vorteilhaft, da die Scrollpumpe zwar eine kleine Baulänge hinsichtlich der Welle aufweist, dafür ist jedoch ein großer Flansch mit einer großen Auflagefläche vorgesehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird über die Zentrierung eine höhere Genauigkeit erzielt.
Die Erfindung kann weiterhin vorteilhaft bei einer Cross-Channel-Pumpe oder bei einer Seitenkanalpumpe eingesetzt werden. Die Seitenkanalpumpe kann mit oder ohne zusätzlichen Pumpstufen, beispielsweise einer Holweckpumpstufe ausgebildet sein. Eine Seitenkanalpumpe mit einer zusätzlichen Pumpstufe, beispielsweise einer Holweckpumpstufe wird auch ”On Tool Booster” genannt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine Gehäusebauteil als Gehäuseverlängerung ausgebildet. Insbesondere bei langen Pumpen, beispielsweise Splitflow-Vakuumpumpen werden sogenannte Gehäuseverlängerungen eingesetzt, die zwischen den üblichen Gehäusebauteilen angeordnet werden. Auch hier lässt sich die Erfindung sehr vorteilhaft einsetzen, da hierdurch eine hochgenaue Zentrierung der Gehäusebauteile möglich ist.
Bei längeren Splitflow-Vakuumpumpen mit mehreren Einlässen kann das modale Verhalten des Rotors und insbesondere der Rotorwelle kritisch sein. Daher muss versucht werden, die Masse und damit auch die Gewichtskraft der Welle zu reduzieren bei gleichbleibender Steifigkeit, besonders in radialer Richtung.
Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, indem die Welle Nuten und/oder Bohrungen aufweist. Bei den Nuten und/oder Bohrungen handelt es sich vorteilhaft um axiale Einstiche, beispielsweise Einfräsungen in der Welle. Vorteilhaft sind die Nuten und/oder Bohrungen in Bereichen vorgesehen, in denen keine Rotorscheiben angeordnet sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die wenigstens zwei Nuten und/oder Bohrungen radialsymmetrisch in der Welle angeordnet. Dies ist vorgesehen, damit die Welle rotationssymmetrisch bleibt und keine Unwuchten aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Nuten und/oder Bohrungen wenigstens einen Ring bildend in der Welle angeordnet sind. Das bedeutet, dass in einem Bereich, in dem keine Rotorscheiben oder Scheibenpakete angeordnet sind, die Nuten und/oder Bohrungen angeordnet sind, und zwar über den Umfang der Welle gleichmäßig verteilt.
Sind mehrere Bereiche in der Welle vorhanden, in der keine Rotorscheiben oder Scheibenpakete angeordnet sind, können diese Bereiche jeweils mit den Nuten und/oder Bohrungen versehen sein.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Nuten und/oder Bohrungen einen rechteckförmigen und/oder einen sich konisch verjüngenden und/oder einen sich konisch erweiternden und/oder einen stufenförmig abgesetzten Querschnitt aufweisen. Bei der Ausbildung der Nuten und/oder Bohrungen sind die verschiedensten Querschnitte denkbar. Die Ausgestaltung der Form der Querschnitte ist von der jeweiligen Anwendung abhängig.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Bohrungen als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind. Neben den Nuten, die nicht bis zur Mittelachse der Welle angeordnet sind, können damit auch Bohrungen in der Welle angeordnet sein, die als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, das heißt, dass verschiedene Bohrungen in der Oberfläche der Welle im Bereich eines Kernes der Welle zusammengeführt sind.
Eine andere Ausführungsform sieht eine Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen vor, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Welle wenigstens eine Hülse angeordnet ist.
Durch die Anordnung einer Hülse auf der Welle lassen sich die Eigenschwingungsfrequenzen des Rotor verändern, so dass der Rotor nicht im Bereich einer Eigenschwingungsfrequenz betrieben werden muss. Es lassen sich hierdurch auch die Auflagerkräfte reduzieren.
Darüber hinaus ist es möglich, große biegesteife Außendurchmesser zu fertigen, ohne das Ausgangsmaterial der Rotorwelle zu vergrößern, wodurch wiederum eine Kosteneinsparung möglich ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Hülse an wenigstens einem Ende einen Ring aufweist. Durch den Ring lässt sich die Hülse beispielsweise an einem sich verjüngenden Wellenende anordnen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Hülse passgenau auf der Welle anzuordnen, beispielsweise auf einem konstanten Außendurchmesser der Welle.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf der Welle zumindest im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder der wenigstens einen Einschnürung eine Hülse angeordnet. Durch die Anordnung der Hülse im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder der wenigstens einen Einschnürung wird die Stabilität der Rotorwelle erhöht. Insbesondere eine Einschnürung führt zu einem Steifigkeitsverlust der Welle, der durch die Hülse ausgeglichen werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass an wenigstens einem Wellenende im Bereich einer Verjüngung wenigstens eine Hülse angeordnet ist.
Die Wellenenden verjüngen sich üblicherweise, um in Lagern, beispielsweise Kugellagern oder Magnetlagern angeordnet zu werden.
Die Hülse trägt zur Vergrößerung der Steifigkeit der Welle bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Hülse auf einer Seite auf der Welle und auf einer gegenüberliegenden Seite auf wenigstens einem Tragring gelagert ist. Weist die Welle beispielsweise einen stufenförmigen Längsschnitt auf, das heißt, sie verjüngt sich stufenförmig, kann die Hülse im Bereich zweier benachbarter Stufen angeordnet werden. Auf der Stufe mit dem größeren Durchmesser kann die Hülse unmittelbar auf der Welle aufliegen. Auf der Stufe mit dem kleineren Durchmesser liegt die Hülse auf dem wenigstens einen Tragring auf.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass zwischen einem die Hülse tragenden Bereich der Welle und dem wenigstens einen Tragring wenigstens ein Magnetring eines Magnetlagers angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Welle am Wellenende zu versteifen und dennoch Magnetringe vorzusehen, die auf dem kleineren Durchmesser der Welle angeordnet und damit kostengünstiger sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die wenigstens eine Hülse auf einem Bereich der Welle mit Vollmaterial angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, die Eigenschwingungsfrequenz des Rotors derart zu verändern, dass der Rotor nicht im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz betrieben wird.
Eine geänderte vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die wenigstens eine Hülse in einem Bereich ohne Rotorwelle zwischen Wellenelementen angeordnet ist. In diesem Fall ist die Welle als geteilte Welle ausgebildet und die Hülse verbindet die Wellenelemente. Hierdurch wird das Gewicht der Rotorwelle deutlich reduziert, was sich vorteilhaft auf das modale Verhalten der Welle auswirkt.
In der Hülse kann wenigstens eine Bohrung angeordnet sein. Die Bohrung ist vorteilhaft im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder Einschnürungen angeordnet. Im Bereich einer Vakuumpumpe sollen bei der Evakuierung keine gasgefüllten Hohlräume vorhanden sein, da diese gasgefüllten Hohlräume während des Evakuierungsvorganges entgasen und hierdurch der eigentlich erzielbare Enddruck der Pumpe nicht erreicht.
Die wenigstens eine Hülse besteht vorteilhaft aus Metall. Als Metall kann Aluminium, Titan oder Edelstahl gewählt sein. Die wenigstens eine Hülse kann auch aus einem Verbundwerkstoff mit Kohlefaser, beispielsweise kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Kombination der Materialien aus Metall und dem Verbundwerkstoff mit Kohlefasern zu verwenden.
Vorteilhaft ist die axiale Ausdehnung der Hülse größer als ihr Außendurchmesser. Gemäß dieser Ausführungsform trägt die Hülse optimal zur Verbesserung der Steifigkeit der Welle bei.
Am Motorende des Rotors kann die wenigstens eine Hülse derart ausgeführt sein, dass sie vor und hinter dem Motormagneten auf der Rotorwelle befestigt ist. Hierdurch es möglich, die Magnetringe mit einem kleinen Durchmesser zu gestalten und damit kostengünstig auszuführen. Richtung Hochvakuum kann die wenigstens eine Hülse auf der Rotorwelle aufgebracht sein und in Richtung Lagerende, beispielsweise durch einen Ring mit der Welle verbunden werden.
Soll der Rotor zwischen zwei Scheibenpaketen versteift werden, kann hier ebenfalls eine erfindungsgemäße Hülse vorgesehen sein. Diese Hülse kann auf der Vollwelle angeordnet werden. Die Verbindung zwischen der Vollwelle und der Hülse kann beispielsweise durch Schrumpfen, Pressen und/oder Kleben oder andere Befestigungsarten vorgenommen werden.
Weiterhin ist es möglich, die Hülse in einem Bereich der Welle mit wenigstens einer Einschnürung oder wenigstens einer Eindrehung und/oder Nuten und/oder Bohrungen anzuordnen. Durch die reduzierte Masse, die auf dem kleinen Durchmesser des Rotors wenig zur Steifigkeit beiträgt, lässt sich die Eigenfrequenz des Rotors durch die Hülse erhöhen. Positiv ist dabei auch, dass die Auflagerkräfte auf diese Art und Weise reduziert werden und zum Beispiel beim Einsatz eines Permanentmagnetlagers möglicherweise Ringmagnetpaare zur Kostensenkung eingespart werden können.
Sind in Montagerichtung vor der wenigstens einen Hülse Rotorscheiben aufgebracht, kann der Passungssitz der Rotorscheiben auf einem kleineren Außendurchmesser vorgesehen sein als dem Außendurchmesser der Hülse. Dies ist vorteilhaft, falls ansonsten der Bund der Rotorscheibe, um den die Rotorschaufeln angeordnet sind, bei einem zu großen Passungsdurchmesser zu schwach würde, wodurch die Rotorscheibe im Betrieb nicht mehr sicher auf dem Rotor festsitzen würde.
Darüber hinaus ist es möglich, große biegesteife Außendurchmesser zu fertigen, ohne das Ausgangsmaterial der Rotorwelle vergrößern zu müssen, wodurch eine Kosteneinsparung möglich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der Hülse zusätzlich auf der äußeren Mantelfläche eine Pumpstruktur aufgebracht. Pumpstrukturen können beispielsweise eine Turbostruktur, eine Kreuzkanalstruktur, eine Gewindestruktur oder eine Holweckstruktur oder eine Kombination dieser Strukturen sein.
Ist wenigstens ein Ring an der Hülse angeordnet, so kann der wenigstens eine Ring einseitig oder beidseitig vorzugsweise am Ende der Hülse angeordnet sein. Der Ring kann fest an der Hülse angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den wenigstens einen Ring einteilig mit der Hülse auszubilden. Der Ring ist als Innenring an der Hülse ausgebildet.
Die Hülse dient dazu, die Stabilität zu erhöhen. Insbesondere im Bereich einer Einschnürung, das heißt eines Bereiches, in dem die Welle einen geringeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser, auf dem Rotorscheiben und/oder Rotorpakete angeordnet sind, kann zur Erhöhung der Stabilität eine Hülse vorgesehen sein. In der Hülse können Bohrungen vorgesehen sein, um von der Hülse abgedeckte Hohlräume in der Welle entgasen zu können.
Die Hülse besteht vorteilhaft aus einem Material, welches einen Quotienten aus Elastizitätsmodul und Dichte aufweist, der größer ist als der Quotient aus Elastizitätsmodul und Dichte der Welle.
Eine andere Ausführungsform sieht eine Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen vor, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Welle eine entlang einer Längsachse angeordnete Innenbohrung aufweist.
Durch diese Maßnahme wird das Gewicht der Welle deutlich reduziert. Dennoch bleibt die Steifigkeit, insbesondere in radialer Richtung erhalten. Durch diese Maßnahme wird das modale Verhalten des Rotor deutlich verbessert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Wellenende, in dem die Innenbohrung angeordnet ist, im Querschnitt topfförmig ohne inneren Lagerzapfen ausgebildet ist. Durch das Weglassen des inneren Lagerzapfens ist es möglich, die Innenbohrung in dem genannten Wellenende anzuordnen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung einer Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens drei radialen Einlässen und mit wenigstens vier Pumpstufen, wobei wenigstens eine Pumpstufe als Turbomolekularpumpstufe ausgebildet ist, wobei die wenigstens drei Einlässe als Haupteinlässe ausgebildet sind, die in axialer Richtung zwischen den Pumpstufen angeordnet sind, sieht vor, dass zusätzlich wenigstens ein radialer Nebeneinlass vorgesehen ist, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist.
Durch diese vorteilhafte Ausbildung der Vakuumpumpe ist es möglich, zusätzlich zu den Haupteinlässen wenigstens einen Nebeneinlass vorzusehen. Die Haupteinlässe sind zwischen den Pumpstufen angeordnet, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform wird wenigstens ein weiterer Einlass vorgesehen, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Das bedeutet, dass eine so genannte Anzapfung, das heißt, der Einlass nicht zwischen den Turbomolekularpumpstufen ist, sondern dass die Anzapfung radial in ein Scheibenpaket der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt.
Hierdurch erreicht man deutlich mehr Anzapfungen, das heißt Einlässe mit einer einzigen Pumpe auf einer bestimmten axialen Baulänge. Hierdurch ist es möglich, auf einer kurzen axialen Länge möglichst viele Kammern eines Mehrkammersystems zu evakuieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der wenigstens eine Nebeneinlass eine Mittelachse auf und die Mittelachse ist zwischen einer ersten und einer letzten Scheibe der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe angeordnet.
Das bedeutet, dass der Nebeneinlass tatsächlich zwischen die Scheiben des Scheibenpaketes der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt. Hierdurch werden zusätzlich zu den zum Stand der Technik gehörenden Einlässen, die zwischen den Pumpstufen angeordnet sind, zusätzliche Einlässe geschaffen, so dass eine größere Anzahl von Vakuumkammern evakuiert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei Statorscheiben und/oder zwischen zwei Rotorscheiben und/oder zwischen einer Statorscheibe und einer Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist.
Das bedeutet, dass der Nebeneinlass zwischen den Scheiben eines Statorpaketes angeordnet ist, während ein Haupteinlass zwischen den Statorpaketen angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei benachbarten Statorscheiben und/oder zwischen benachbarten Rotorscheiben und/oder zwischen einer Statorscheibe und einer benachbarten Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet. Das bedeutet, dass die Nebeneinlässe bezüglich ihres Durchmessers relativ klein gewählt werden und zwischen den Scheiben angeordnet sind.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Saugvermögen des wenigstens einen Nebeneinlasses geringer ist als das Saugvermögen eines Haupteinlasses.
Die Nebeneinlässe dienen dazu, die Anzahl der Anzapfungen eines zu evakuierenden Mehrkammersystems zu erhöhen.
Zwischen den einzelnen Pumpstufen, das heißt zwischen den einzelnen Scheibenpaketen oder anderen Pumpstufen, beispielsweise Gaede- oder Holweckpumpstufen, ist relativ viel Platz, so dass die Haupteinlässe einen relativ großen Querschnitt aufweisen können. Die Nebeneinlässe führen zwischen Scheiben der Turbomolekularpumpstufen und weisen aus diesem Grunde lediglich einen relativ geringen Querschnitt auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei n Scheiben n – 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind.
Das bedeutet, dass die Anzahl der Nebeneinlässe geringer ist als die Anzahl der Scheiben. Wird ein Scheibenpaket der Turbomolekularpumpstufe aus zwei Scheiben gebildet, kann zwischen diesen beiden Scheiben ein Nebeneinlass vorgesehen sein.
Es ist jedoch auch möglich, mehrere radiale Nebeneinlässe im Bereich einer Turbomolekularpumpstufe vorzusehen. Gleichermaßen ist es auch möglich, bei mehreren Turbomolekularpumpstufen in jeder dieser Turbomolekularpumpstufen einen oder mehrere Nebeneinlässe vorzusehen. Verschiedene Turbomolekularpumpstufen können mit und ohne Nebeneinlässe ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe wenigstens eine Holweckpumpstufe und/oder eine Siegbahnpumpstufe und/oder eine Gaedepumpstufe und/oder eine Seitenkanalpumpstufe und/oder eine Gewindepumpstufe vorgesehen ist.
Splitflow-Vakuumpumpen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Turbomolekularpumpstufen und wenigstens einer weiteren der genannten Pumpstufen.
Durch die Kombination verschiedener Pumpstufen können die Druckverhältnisse in den zu evakuierenden Kammern entsprechend eingestellt werden.
Beispielsweise ist es möglich, zwischen den Pumpstufen, beispielsweise zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen einen Haupteinlass vorzusehen und beispielsweise zusätzlich eine Holweckpumpstufe anzuordnen. Gemäß der Erfindung wird zusätzlich im Bereich der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe wenigstens ein weiterer Nebeneinlass angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus einer oder mehreren Rotorscheiben und/oder aus einer oder mehreren Statorscheiben gebildet ist.
Eine Pumpstufe besteht üblicherweise aus wenigstens einer Statorscheibe und wenigstens einer Rotorscheibe. Häufig sind mehrere Statorscheiben und mehrere Rotorscheiben, die abwechselnd ineinander greifen, vorgesehen. Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei n Scheiben n – 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind. Sind beispielsweise eine Statorscheibe und eine Rotorscheibe vorgesehen, die eine Turbomolekularpumpstufe bilden, ist der Einlass zwischen diesen Scheiben angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass eine Statorscheibe und eine benachbarte Rotorscheibe einer Turbomolekularpumpstufe eine axiale Länge L festlegen, und dass ein Abstand zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen mindestens so groß ist wie diese Länge L.
Hierdurch ist festgelegt, dass mindestens eine Statorscheibe und/oder eine Rotorscheibe mindestens eine Turbomolekularpumpstufe bilden. Ist der Abstand zwischen benachbarten Statorscheiben und/oder benachbarten Rotorscheiben so groß, dass die Länge L überschritten wird, beginnt gemäß der Erfindung eine neue Turbomolekularpumpstufe. Ein Einlass in diesem Bereich zwischen den Turbomolekularpumpstufen wird als Haupteinlass angesehen. Ein Einlass im Bereich der Turbomolekularpumpstufe selbst wird als Nebeneinlass angesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform bezüglich der Einlässe ist grundsätzlich auch bei einer Turbomolekularpumpe anwendbar.
Vorteilhaft besteht eine Pumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe und wenigstens einer Statorscheibe. In diesem Fall ist der Nebeneinlass zwischen der Rotorscheibe und der Statorscheibe angeordnet.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform einer Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens zwei Scheibenpakete angeordnet sind, wobei die Welle wenigstens zwei unterschiedliche Außendurchmesser aufweist und die Scheibenpakete an die Außendurchmesser angepasste Innendurchmesser aufweisen, sieht vor, dass die Welle zusätzlich zu einem Bereich mit einem größten Durchmesser in axialer Richtung beidseitig jeweils wenigstens zwei Bereiche mit kleineren Durchmessern aufweist.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine große Anzahl von einzelnen Scheibenpaketen auf der Welle. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, vier oder mehr Scheibenpakete auf dem Rotor anzuordnen.
Dadurch, dass die Welle zusätzlich zu einem Bereich mit einem größten Durchmesser in axialer Richtung beidseitig jeweils wenigstens zwei Bereiche mit kleineren Durchmessern aufweist, kann in diesen Bereichen jeweils wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet werden. Hierdurch ist es möglich, den Bereich mit dem größten Durchmesser als Anschlag zu verwenden und in axialer Richtung auf dem daran sich anschließenden Bereich mit einem etwas kleineren Durchmesser beidseitig des Bereiches mit dem größten Durchmesser jeweils wenigstens ein Scheibenpaket anzuordnen. Auf den sich daran anschließenden Bereichen mit wiederum einem etwas kleineren Durchmesser kann jeweils wenigstens ein weiteres Scheibenpaket angeordnet werden. Die Bereiche mit den größeren Durchmessern dienen jeweils als Anschlag für die Scheibenpakete, die auf den Bereichen mit den etwas kleineren Durchmessern montiert sind. In dem beschriebenen Fall werden auf die Welle von links und von rechts jeweils zwei Pakete aufgeschoben, so dass vier Pakete mit nur zwei Durchmessern angeordnet werden, was den Vorteil aufweist, dass sehr viele Gleichteile in Bezug auf die Rotorscheiben und die Scheibenpakete verwendbar sind.
Bei dem Aufbau einer Splitflow-Vakuumpumpe ist es erforderlich, eine sehr hohe Genauigkeit bei der Montage einzuhalten. Da die Statorscheibenpakete mit Abstand zueinander angeordnet sind und damit auch die Rotorscheibenpakete mit Abstand zueinander angeordnet sind, ist es sinnvoll, auf der Welle mit Anschlägen zu arbeiten. Je mehr Anschläge vorhanden sind, um so weniger Toleranzen sind bei den Scheiben erforderlich und die Spalte zwischen den Stator- und Rotorscheiben können kleiner ausgebildet sein.
Fehlen die Anschläge, müssen die Rotorscheiben entsprechend genau gefertigt sein, was einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet oder der Abstand zwischen Rotor- und Statorscheiben muss entsprechend groß gewählt werden, damit die Fertigungstoleranz nicht zu einer Kollision zwischen Stator- und Rotorscheibe führen.
Das wenigstens eine Scheibenpaket wird vorteilhaft gegen einen Anschlag montiert, wenn der Anschlag nicht von einer Hülse gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bereiche mit den kleineren Durchmessern auf beiden Seiten des Bereiches mit dem größten Durchmesser jeweils paarweise den gleichen Durchmesser aufweisen. Hierdurch ist es möglich, auf den ersten kleineren Durchmessern auf beiden Seiten des Bereiches mit dem größten Durchmesser gleiche Scheibenpakete, das heißt Scheibenpakete mit dem gleichen Durchmesser zu montieren. Das gleiche gilt für die sich an diese Bereiche anschließenden Bereiche mit nochmals verringertem Durchmesser. Hierdurch besteht die Möglichkeit, vier Scheibenpakete zu montieren, die von der Fertigung her jedoch nur zwei Durchmesser aufweisen müssen. Hierdurch können viele Gleichteile vormontiert werden, was die Fertigungskosten erheblich senkt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass Übergänge zwischen den Bereichen mit unterschiedlichen Durchmessern als Anschlag für die Scheibenpakete ausgebildet sind. Durch diese Anschläge ist gewährleistet, dass die Scheibenpakete der Rotorscheiben exakt zwischen den Statorscheiben positioniert sind und dass Fertigungstoleranzen der einzelnen Scheibenpakete sich nicht über die gesamte Länge der Welle aufaddieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Welle einen pyramidenförmigen symmetrischen Aufbau vorsieht. In diesem Fall können beide Seiten der Welle jeweils mit gleichen Scheibenpaketen bestückt werden. Grundsätzlich ist es möglich, die Welle gestuft auszuführen. Es ist auch möglich, die Welle sich wenigstens teilweise konisch verjüngend auszubilden.
Die verschiedenen Geometrien, das heißt, die abgestufte und konische Geometrie der Welle können auch miteinander kombiniert werden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse wenigstens eine Bohrung und/oder wenigstens eine Nut angeordnet ist, in denen Heizelemente und/oder Spulen zum Heizen des Gehäuses und/oder Kühlelemente angeordnet sind. Durch diese Vorrichtungen ist es möglich, die Bereiche des Gehäuses zu heizen, die eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen sollen, und die Bereiche des Gehäuses, die gekühlt werden sollen, zu kühlen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten vorgesehen, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen sind, bei dem vorgesehen ist, dass zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung vorgesehen sind/ist. Die Spaltdichtung wird durch einen geringen Abstand von zwei gegenüberliegenden Flächen gebildet.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass an den Dichtstellen auf der Atmosphärenseite eine Elastomerdichtung zum Einsatz kommt. Diese ist vorteilhaft als O-Ring ausgebildet. Zwischen der Elastomerdichtung und dem beispielsweise Ultrahochvakuumanschluss kommt als zweites Dichtelement wenigstens eine Spaltdichtung zum Einsatz. Die Flächen des Rezipienten (Kammer) und eine Fläche des Pumpengehäuses werden aufeinander gedrückt.
Die Vakuumpumpe kann in der Rotorwelle Nuten und/oder Bohrungen und/oder Einschnürungen aufweisen. An wenigstens einem Ende der Rotorwelle kann wenigstens eine Hülse angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, wenigstens eine Hülse vor oder zwischen den Rotorscheibenpaketen und/oder den Rotorscheiben anzuordnen. Die wenigstens eine Hülse kann im Bereich von Vollmaterial der Rotorwelle angeordnet sein. Die wenigstens eine Hülse kann wenigstens eine Einschnürung und/oder die Nuten und/oder die Bohrungen abdeckend ausgebildet sein. Die Hülse kann auch in einem rotorwellenfreien Bereich angeordnet sein. In diesem Fall ist die Rotorwelle als geteilte Welle ausgebildet und die wenigstens eine Hülse stützt und überdeckt den rotorwellenfreien Bereich. Die Welle kann auch als Welle mit einer Innenbohrung entlang der Längsachse der Welle ausgebildet sein. Diese Ausführungsformen können einzeln oder in beliebigen Kombinationen bei einer Splitflow-Vakuumpumpe eingesetzt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vakuumpumpe in perspektivischer Ansicht;
2 einen Längsschnitt durch eine Vakuumpumpe;
3 einen Längsschnitt durch eine Lagerfassung;
4 eine perspektivische Ansicht einer Lagerfassung;
5 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
6 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
7 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
8 eine Verbindung zwischen den Gehäusebauteilen im Längsschnitt;
9 einen Schnitt gemäß der Linie IX-IX der 8;
10 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
11 ein geändertes Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine als Turbomolekularpumpe ausgebildete Vakuumpumpe 10 in perspektivischer Ansicht.
Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Stator, welcher einen Teil eines mehrteiligen Pumpengehäuses umfasst sowie einen Rotor 16, der gegenüber dem Stator drehend antreibbar gelagert ist.
Die Vakuumpumpe 10 umfasst an ihrer Hochvakuumseite einen von einem Saugflansch 18 umgebene Aus-/Ansaugöffnung 20 zur Verbindung mit einem zu evakuierenden Volumen und eine im Bereich der Vorvakuumseite der Vakuumpumpe angeordnete, von einem Vorvakuumflansch 22 umgebene Gasaustrittsöffnung 24 zur Verbindung mit einem Vorvakuum.
Der Stator und der Rotor 16 bilden zusammen eine Rotationseinheit 26 der Vakuumpumpe 10, die mit einem Basisabschnitt beziehungsweise Unterteil 28 der Pumpe 10 lösbar verbunden ist.
In dem Saugflansch 18 ist ein Lagerschild 58 angeordnet. Das Lagerschild 58 trägt eine Aufnahme 60 für ein Lager (in 1 nicht dargestellt).
2 zeigt die Vakuumpumpe 10, die das Gehäuse 14 sowie eine Rotorwelle 36 aufweist. Die Rotorwelle ist drehbar in zwei Kugellagern 42, 44 gelagert. Die Rotorwelle 36 wird von einem Motor 12 angetrieben.
Die Kugellager 42, 44 sind jeweils in einer Lagerfassung 46, 48 angeordnet. Die Lagerfassungen 46, 48 werden in den 3 bis 7 näher erläutert.
Das Gehäuse 14 besteht aus drei Gehäusebauteilen 50, 52, 54.
Das Gehäusebauteil 52 stellt eine Verlängerung dar.
Die Verbindung zwischen den Gehäusebauteilen 50, 52 ist in 8 näher erläutert.
2 zeigt die Rotorwelle 36 mit einer Rotationsachse 30. Die Rotorwelle 36 trägt zwei Holweckpumpstufen 38, 40. Die Pumpstufen 38, 40 können beispielsweise auch als Kreuzgewindepumpstufen oder auch andere Pumpstufen sowie eine Kombination aus verschiedenen Pumpstufen ausgebildet sein.
Im vorliegenden Fall der in 2 dargestellten Ausführungsform weisen die Pumpstufen 38, 39 jeweils eine Hülse 32, 34 auf, auf der pumpaktive Strukturen 62 angeordnet sind.
Die Lagerfassungen 46, 48 sind in Lagerschilden 58, 62 angeordnet.
Der Motor 12 wird mittels einer Steuerung 64 gesteuert.
Da es sich bei der Vakuumpumpe 10 gemäß 2 um eine Vakuumpumpe mit einer Rotorwelle mit großer Baulänge handelt, ist es erforderlich, die Lager 42, 44 exakt auszurichten, um eine lange Lebensdauer der Kugellager 42, 44 zu erzielen.
Die Rotorwelle 36 weist sich konisch erweiternde Zapfen 66, 68 auf. Diese Zapfen gehören zu einer Ölpumpe, um die Lager 42, 44 mit Öl zu schmieren. Aufgrund der Fliehkraft wird das Öl aus einem nicht dargestellten Ölvorrat (beispielsweise ölgetränktes Vlies) in Richtung der Kugellager 42, 44 transportiert.
Die Kugellager 42, 44 weisen jeweils einen inneren Lagerkäfig 70, 72 und einen äußeren Lagerkäfig 74, 76 auf. Für die exakte Lagerung der Rotorwelle ist eine genaue Ausrichtung der äußeren Lagerkäfige 74, 76 erforderlich.
Hierzu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Lagerfassungen 46, 48 jeweils eine Buchse 78, 80 aufweisen, die als elastische Buchsen 78, 80 ausgebildet sind. Mögliche Ausführungsformen der Buchsen sind in den 4 bis 7 dargestellt.
Für die axiale Ausrichtung ist es ebenfalls erforderlich, dass die Gehäusebauteile 50, 52, 54 ebenfalls achsgenau ausgerichtet sind ohne winkelmäßige Abweichungen, damit die Lagerung über die Lagerfassungen 46, 48 und die äußeren Lagerkäfige 74, 46 ebenfalls einer hochgenauen Ausrichtung unterliegen. Hierzu sind in dem Gehäusebauteil 52 Zapfen 82, 84 angeordnet.
Der Aufbau der Zapfen ist in 8 näher erläutert.
3 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Lagerfassung 46. Das Kugellager 44 ist mit seinem inneren Lagerkäfig 70 und seinem äußeren Lagerkäfig 74 in der Lagerfassung 46 angeordnet. Das Kugellager 44 weist darüber hinaus eine Mehrzahl von Wälzelementen, im vorliegenden Fall Kugeln 86, auf. Das Kugellager 44 ist mittels Scheiben 86, 88 in der Lagerfassung 46 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Schwingring 90 vorgesehen sowie O-Ring-Dichtungen 92, 94. Die Lagerfassung 46 weist darüber hinaus einen Deckel 96 auf sowie eine weitere Scheibe 98. Zusätzlich zu dem Schwingring 90 ist ein weiterer Schwingring 100 vorgesehen. Die Anordnung wird mittels Senkschrauben 102 (in 3 lediglich eine dargestellt) zueinander fixiert. Der äußere Lagerkäfig 74 wird mittels einer Einstellscheibe axial eingestellt und/oder unter eine axiale Vorspannung gesetzt. Eine weitere O-Ring-Dichtung 106 ist zur Abdichtung vorgesehen.
Um eine genaue Ausrichtung (Zentrierung) der Lagerfassung 46 zu ermöglichen, ist nach dem Bezugssystem gemäß DIN-ISO-5459 eine Planfläche 108 der Primärbezug A (erste Ausrichtung) und der Durchmesser, das heißt die Fläche 110 der Sekundärbezug B. Der Mittenversatz (Achsversatz) gleicht einem Passmaß geteilt durch zwei, also dem halben Spiel der beiden Bauteile, das heißt der Lagerfassung 46 und des Lagerschildes 62 der 2.
Gemäß 4 ist eine mögliche Ausführungsform der Lagerfassung 46 dargestellt. Die Lagerfassung 46 weist einen Flansch 112 und eine Buchse 114 auf. Die Buchse 114 ist als elastische Buchse ausgebildet. Die Elastizität wird durch Ausnehmungen 116 erreicht. Die Ausnehmungen 116 stellen eine Materialverringerung der Buchse 114 dar, so dass die Buchse 114 an Elastizität gewinnt.
Die Ausnehmungen 116 sind vorteilhaft radialsymmetrisch in der Buchse 114 angeordnet.
Es ist mindestens eine Ausnehmung 116 vorgesehen. Es kann jedoch eine Vielzahl von Ausnehmungen 116 vorgesehen sein. In 4 ist darüber hinaus ein Deckel 96 der Lagerfassung 46 dargestellt. Die Ausnehmungen 116 sind gemäß 4 auf der Mantelfläche in axialer Richtung angeordnet. Die Ausnehmungen können auch in radialer Richtung und/oder in einer Kombination aus axialer und radialer Richtung vorgesehen sein. Die Ausnehmungen können auch schraubenlinienförmig in der Buchse 114 angeordnet sein. Die Ausnehmungen 116 können auf dem Außendurchmesser der Buchse 114 angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Ausnehmungen in dem Innendurchmesser (in 4 nicht dargestellt) anzuordnen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lagerfassung 46. Die Lagerfassung 47 weist den Flansch 112 auf, der Bohrungen 118 zur Aufnahme von Schrauben und zur Befestigung am Gehäuse oder am Lagerschild (nicht dargestellt) der Vakuumpumpe 10 aufweist. Die Buchse 114 weist axiale Bohrungen 120 auf. Von diesen Bohrungen ausgehend führen Schlitze in Umfangsrichtung der Buchse 114 in Richtung eines Außendurchmessers 122 der Buchse 114. Durch diese Schlitze 124 entstehen längliche bogenförmige Elemente 126. Die länglichen bogenförmigen Elemente 126 bilden flexible Elemente, so dass die Buchse 114 elastisch ausgebildet ist. Zur Anordnung beispielsweise des Kugellagers 44 in der Buchse 114 kann die Buchse 114 erwärmt werden, so dass das Kugellager (in 5 nicht dargestellt) innerhalb der Buchse in dem Raum 128 angeordnet werden kann. Beim anschließenden Abkühlen der Buchse setzt sich diese auf den äußeren Lagerkäfig (in 5 nicht dargestellt) fest auf.
Die Buchse 114 weist eine Elastizität auf, die ausreichend ist, damit sich das Kugellager 42, 44 und die Welle 36 exakt ausrichten können.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform der Lagerfassung 46 dargestellt. Die Lagerfassung 46 weist wiederum den Flansch 112 und die Buchse 114 auf. In dem Flansch 112 sind die Bohrungen 118 angeordnet. Die Buchse 114 weist durchgehende Schlitze 130 auf. Es ist wenigstens ein Schlitz 130 vorgesehen. Sind mehrere Schlitze 130 vorgesehen, sind diese vorteilhaft radialsymmetrisch in der Buchse 114 angeordnet. Durch die Schlitze 130, die vorteilhaft in radialer Richtung in der Buchse 114 angeordnet sind und die in 6 in axialer Richtung über der gesamten Länge der Buchse 114 angeordnet sind, wird eine Elastizität erreicht, so dass eine Ausrichtung des Kugellagers (in 6 nicht dargestellt) und damit der Rotorwelle 36 gewährleistet ist.
Die Schlitze 130 können in axialer Richtung auch nur über einen Teil der Länge der Buchse angeordnet sein.
7 zeigt die Lagerfassung 46 mit der Buchse 114 und dem Flansch 112, in dem die Bohrungen 118 angeordnet sind. Die Buchse 114 weist an ihrem Innendurchmesser 132 Schlitze 134 auf, die in axialer Richtung der Buchse 114 angeordnet sind. In den Schlitzen 134 können Elastomerbauteile 136 angeordnet sein, die beispielsweise an dem äußeren Lagerkäfig der Kugellager (in 7 nicht dargestellt) anliegen und hierüber eine genaue Ausrichtung der Kugellager sowie der Rotorwelle erlauben.
Die Elastomerelemente können auch in Bohrungen in der Buchse 114 und/oder in radial umlaufenden Schlitzen oder in schraubenförmigen Schlitzen angeordnet sein.
8 zeigt die Verbindung des Gehäusebauteiles 50 und des Gehäusebauteiles 52 mittels des Zapfens 82 wie in 2 dargestellt. Der Zapfen 82 weist auf seinem Außendurchmesser Ausnehmungen 116 auf.
Gemäß 9 sind die Ausnehmungen 116 radialsymmetrisch über den Zapfen 82 am Außendurchmesser verteilt angeordnet. Die Ausnehmungen 116 können auch am Innendurchmesser angeordnet sein, wie in 9 gestrichelt dargestellt ist.
Die Ausnehmungen 116 können auch in radialer Richtung und/oder schraubenlinienförmig in dem Zapfen 82 angeordnet sein.
In 10 ist eine Anordnung gezeigt, in der die Ausnehmungen 116 als radiale Ausnehmungen 116 in dem Zapfen 82 angeordnet sind. Gemäß 11 sind die Ausnehmungen 116 schraubenlinienförmig in dem Zapfen 82 angeordnet.
Bezugszeichenliste

10: Vakuumpumpe
12: Motor
14: Gehäuse
16: Rotor
18: Saugflansch
20: Ansaugöffnung
22: Vorvakuumflansch
24: Gasaustrittsöffnung
26: Rotationseinheit
28: Unterteil
30: Rotationsachse
32: Hülse
34: Hülse
36: Rotorwelle
38: Pumpstufe
40: Pumpstufe
42: Kugellager
44: Kugellager
46: Lagerfassung
48: Lagerfassung
50: Gehäusebauteil
52: Gehäusebauteil (Gehäuseverlängerung)
54: Gehäusebauteil
56: Trägerabschnitt
58: Lagerschild
60: Aufnahme
62: Lagerschild
64: Steuerung
66: konischer Zapfen
68: konischer Zapfen
70: innerer Lagerkäfig
72: innerer Lagerkäfig
74: äußerer Lagerkäfig
76: äußerer Lagerkäfig
78: Buchse
80: Buchse
82: Zapfen
84: Zapfen
86: Scheibe
88: Scheibe
90: Schwingring
92: O-Ring-Dichtung
94: O-Ring-Dichtung
96: Deckel
98: Scheibe
100: Schwingring
102: Senkschraube
104: Einstellscheibe
106: O-Ring-Dichtung
108: Planfläche
110: Fläche
112: Flansch
114: Buchse
116: Ausnehmung
118: Bohrungen
120: axiale Bohrungen
122: Außendurchmesser
124: Schlitze
126: längliche bogenförmige Elemente
128: Raum
130: Schlitze
132: Innendurchmesser
134: Schlitze
136: Elastomerbauteile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4331589 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN-ISO-5459 [0016]
DIN-ISO-5459 [0140]

Claims

Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einem Rotor mit wenigstens einer Welle, die in wenigstens zwei Lagern in dem Gehäuse gelagert ist, wobei wenigstens ein Lager in einer Lagerfassung angeordnet ist, welche eine Buchse und einen Flansch aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (114) der Lagerfassung (46) als elastische Buchse (114) ausgebildet ist und/oder dass in der Buchse (114) elastische Bauelemente (136) angeordnet sind.
Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, welches wenigstens zwei Gehäusebauteile aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei ein erstes Gehäusebauteil mit wenigstens einem Zapfen in einer Ausnehmung eines zweiten Gehäusebauteiles angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (82, 84) als elastischer Zapfen (82, 84) ausgebildet ist und/oder dass in dem Zapfen (82, 84) elastische Bauelemente (136) angeordnet sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (114) und/oder der Zapfen (82, 84) wenigstens einen Schlitz (124, 130) und/oder wenigstens eine Bohrung und/oder wenigstens eine Ausnehmung (116) aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (114) und/oder der Zapfen (82, 84) wenigstens eine axiale und/oder radiale und/oder schraubenlinienförmige Ausnehmung (116) und/oder einen axialen und/oder radialen und/oder schraubenlinienförmigen Schlitz (124, 130) und/oder wenigstens eine Bohrung aufweist und/oder dass der wenigstens eine Schlitz (124, 130) in der Buchse (114) und/oder dem Zapfen (82, 84) derart angeordnet ist, dass die Buchse und/oder der Zapfen (82, 84) wenigstens zwei längliche, bogenförmige Elemente (126) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (116) in einem Außendurchmesser (122) und/oder einem Innendurchmesser (132) der Buchse (114 oder dem Zapfen (82) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Buchse (114) und/oder dem Zapfen (82, 84) wenigstens ein federndes Bauteil (136) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Bauteil (136) als elastomeres Bauteil ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Bauteil (136) in axialer und/oder radialer Richtung der Buchse (114) oder des Zapfens (82, 84) und/oder schraubenlinienförmig in der Buchse (114) oder in dem Zapfen (82) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (114) und/oder der Zapfen (82, 84) ein Übermaß aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager (44) als Wälzlager ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfassung (46) und/oder das wenigstens eine Gehäusebauteil (50, 52, 54) aus Aluminium oder Stahl gebildet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) als Splitflow-Vakuumpumpe oder Turbomolekularpumpe oder als Scrollpumpe und/oder als Cross-Channel-Pumpe und/oder als Seitenkanalpumpe mit oder ohne zusätzlichen Pumpstufen ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäusebauteil (52) als Gehäuseverlängerung ausgebildet ist.