DE202007012052U1

DE202007012052U1 - Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE202007012052U1
Application number: DE202007012052U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: EP2181265A1; WO2009027274A1; US20100303653A1; CN101796303A; JP2010537121A

Abstract

Turbomolekularpumpe (10) mit einem mit einem Wälzlager (16) am Gehäuse (12) gelagerten Rotor (18), wobei
das Wälzlager (16) eine nicht-drehende Lagerschale (20) und eine drehende Lagerschale (22) aufweist, und
die nicht-drehende Lagerschale (20) mit einem elastischen Schwingring (14) an dem Gehäuse (12) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwingring (14) anisotrop ausgebildet ist, so dass die Federsteifigkeit über den Umfang inhomogen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpe mit einem Rotor, der durch mindestens ein Wälzlager am Gehäuse gelagert ist, wobei das Wälzlager mittels eines elastischen Schwingringes am Gehäuse gelagert ist.
Turbomolekularpumpen werden mit hohen Drehzahlen über 10.000 U/min. betrieben. Schwingungen im Laufwerk der Turbomolekularpumpe und insbesondere in den Lagern können Wärme generieren, so dass sowohl beim Dauerbetrieb mit konstanter Drehzahl als auch während eines Drehzahlabfalls oder einer Drehzahlsteigerung plötzliche und schnelle Temperaturanstiege in den Lagern auftreten können. Diese erzeugen mechanischen Stress in den beteiligten Bauteilen und reduzieren daher erheblich die Lebensdauer des bzw. der Wälzlager.
Bei Turbomolekularpumpen ist es üblich, die Wälzlager in Schwingringen zu lagern, die das Wälzlager in Bezug auf das Gehäuse in engen Grenzen elastisch aufhängen. Hierdurch wird es möglich, die Turbomolekularpumpe oberhalb der zweiten Starrkörper-Eigenfrequenz des Rotors zu betreiben, und die Lagerkräfte sowohl beim Durchfahren der kritischen Drehzahlen, als auch bei Nenndrehzahl möglichst gering zu halten.
Als Schwingringe werden Rundschnurringe, Rechteckringe und Ringe anderer geometrischer Querschnitte eingesetzt. Grundsätzlich weisen die bekannten Schwingringe bezüglich ihrer Federungs- und Dämpfungseigenschaft über den Umfang einen homogenen Charakter auf. Hierdurch kann sich ein schwingungsfähiges System mit der nicht-drehenden Lagerschale des Wälzlagers als schwingende Masse und der Lagersteifigkeit und der Steifigkeit des Schwingringes als Feder ausbilden. Die nicht-drehende Lagerschale kann daher eine von der drehenden Lagerschale und dem Gehäuse unabhängige Bewegung ausführen, wodurch erhebliche Wärmeenergie-Mengen generiert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Turbomolekularpumpe mit verbessertem Schwingungsverhalten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1.
Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe weist einen Schwingring auf, der in Umfangsrichtung anisotrop ausgebildet ist, so dass die Federsteifigkeit des Schwingringes über seinen Umfang nicht homogen verteilt sind. Der Schwingring zeigt also über seinen Umfang gerade keine homogene Federung und Dämpfung, sondern eine über den Umfang inhomogene, verteilte Federung und Dämpfung.
Durch die Umfangs-Inhomogenität des Schwingringes werden ein Aufschwingen oder ungeregelte Bewegungen der nicht-drehenden Lagerschale vermieden. Hierdurch wird wiederum die Wärmegenerierung erheblich verringert, so dass der wärmebedingte Stress der Lagerteile, insbesondere der nicht-drehenden Lagerschale und der drehenden Lagerschale, erheblich reduziert ist.
Der anisotrope Schwingring bzw. seine Anisotropie kann technisch auf vielfältige Weise realisiert werden.
Vorzugsweise ist der Schwingring einstückig ausgebildet und ist seine äußere Form über den Umfang anisotrop, d. h. nicht gleichbleibend konstant oder regelmäßig, sondern unregelmäßig. Der Schwingring kann beispielsweise mehrere ungleichmäßig über den Umfang verteilte radiale Stützstellen aufweisen. Dabei ist der Abstand einer Stützstelle zu ihrer Nachbar-Stützstelle zu einer Seite ungleich zu dem Abstand zu der Nachbar-Stützstelle der anderen Seite. Unter Stützstelle ist vorliegend eine Stelle des Schwingringes zu verstehen, an der die nicht-drehende Lagerschale unmittelbar verbunden und abgestützt ist gegenüber dem Gehäuse. Auch die Länge einer Stützstelle in Umfangsrichtung kann selbstverständlich variiert werden, wie auch der Abstand der nicht-stützenden Bereiche zwischen den Stützstellen.
Vorzugsweise wird der Schwingring von einem elastischen Körper, der vorzugsweise aus einem Elastomer besteht, gebildet, wobei der Körper gehäuseseitig durchgehend geschlossen und lagerseitig durch Axialnuten unterbrochen ist, die die Stützstellen voneinander trennen. Es sind mindestens drei Stützstellen vorzusehen, bevorzugt jedoch mindestens fünf Stützstellen.
Alternativ oder ergänzend kann der Schwingring aus verschiedenen, über den Umfang verteilten, Materialien bestehen, die jeweils verschiedene Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften aufweisen. Ein derartiger Schwingring kann über den gesamten Umfang einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, weist jedoch wegen der verschiedenen Materialien über den Umfang mit ihren verschiedenen Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften einen im Bezug auf diese Eigenschaften inhomogenen bzw. anisotropen Aufbau auf.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführung kann der Schwingring beispielsweise auch aus einer Schraubwendel eines uniformen Federdrahtes bestehen, die mit variierenden Steigungen punktuell verschiedene Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften zeigt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine Turbomolekularpumpe im Querschnitt mit einem Rotor, der von einem Wälzlager am Gehäuse gelagert ist.
In der Figur ist eine Turbomolekularpumpe 10 dargestellt, die mit einer Nenndrehzahl von weit über 10.000 U/min betrieben wird.
Die Turbomolekularpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf, an dem mittels eines Schwingringes 14 ein Wälzlager 16 gelagert ist, das seinerseits einen Rotor 18 trägt. Das Wälzlager 16 weist eine äußere nicht-drehende Lagerschale 20, eine innere drehende Lagerschale 22, Wälzkörper 24 und einen Wälzkörper-Käfig 26 auf.
Der Schwingring 14 ist einstückig aus einem Elastomer ausgebildet und weist über seinen Umfang eine anisotrope Form auf. Der Schwingring 14 besteht aus einem Kunststoff-Körper 15, der gehäuseseitig in Umfangsrichtung durchgehend geschlossen ausgebildet ist. Der Schwingring 14 weist acht ungleichmäßig über seinen Umfang verteilte Stützstellen 30 auf, die in Form von radial innenseitigen Stützinseln ausgebildet sind. Die Stützstellen 30 bzw. Stützinseln 30 sind getrennt voneinander durch im Querschnitt kreisförmige Axialnuten 32. Die Axialnuten 32 sind alle gleich breit, gleich tief und gleichförmig ausgebildet, können jedoch auch verschieden voneinander und insbesondere mit verschiedener Nutbreite, mit verschiedener Nuttiefe und verschiedenem Nutquerschnitt ausgebildet sein.
Die Nutbreite n der Axialnuten 32 kann, muss jedoch nicht für alle Axialnuten 32 gleich sein. Dagegen variiert die Stützstellenbreite s über den Umfang. In jedem Fall ist der Abstand a₁ benachbarter Stützstellen 30 zu einer Seite ungleich zu dem Abstand a₂ zu der benachbarten Stützstelle der anderen Seite. Die genannten Abstände beziehen sich jeweils auf die Mitte in Umfangsrichtung der Stützstellen bzw. -inseln 30.

Claims

Turbomolekularpumpe (10) mit einem mit einem Wälzlager (16) am Gehäuse (12) gelagerten Rotor (18), wobei das Wälzlager (16) eine nicht-drehende Lagerschale (20) und eine drehende Lagerschale (22) aufweist, und die nicht-drehende Lagerschale (20) mit einem elastischen Schwingring (14) an dem Gehäuse (12) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring (14) anisotrop ausgebildet ist, so dass die Federsteifigkeit über den Umfang inhomogen ist.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring (14) einstückig ausgebildet ist und seine Form über den Umfang anisotrop ist.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring (14) mehrere ungleichmäßig über den Umfang verteilte Stützstellen (30) aufweist.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a₁) einer Stützstelle (30) zu ihrer Nachbar-Stützstelle zu einer Seite ungleich ist zu dem Abstand (a₂) zu der Nachbar-Stützstelle (30) der anderen Seite.
Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring (14) von einem einstückigen elastischen Körper gebildet ist, der gehäuseseitig durchgehend geschlossen und lagerseitig durch Axialnuten (32) unterbrochen ist, die die Stützstellen (30) voneinander trennen.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring aus verschiedenen, über den Umfang verteilten, Materialien besteht.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingring aus einer Schraubwendel eines uniformen Federdrahtes besteht.