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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe.
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Turbomolekularpumpen
weisen ein mit einer Rotorwelle verbundenes Rotorelement auf. Oft
ist die Rotorwelle einseitig gelagert und das Rotorelement entsprechend
einer Glocke auf das freie Wellenende montiert. Das Rotorelement
weist im Wesentlichen radial verlaufende Flügelscheiben
mit Rotorflügeln auf. Zwischen den Rotorscheiben sind Statorscheiben
des Statorelements angeordnet. Die Statorscheiben sind über
Statorringe, die das Rotorelement vollständig umgeben,
fixiert. Die Statorringe sind in dem Pumpengehäuse ortsfest
gehalten. Turbomolekularpumpen werden mit Betriebs-Drehzahlen von
mehreren Zehntausend U/min betrieben. Im Betrieb ist daher die kinetische
Energie des Rotors sehr hoch. Dies führt im Fall eines
Rotor-Crash bzw. Rotor-Burst zu erheblichen Zerstörungskräften.
Die auftretenden Kräfte werden über die Statorelemente
auf das Pumpengehäuse übertragen. Dies kann zu
Zerstörungen des Pumpengehäuses führen,
wobei ggf. Teile des Pumpengehäuses von der Pumpe weg geschleudert werden.
Dies birgt eine erhebliche Verletzungsgefahr in sich.
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Vakuumpumpen
weisen zur Befestigung einen Befestigungsflansch auf. In herkömmlicher
Ausführungsform weist dieser entlang einer Kreislinie Befestigungsbohrungen
auf, um die Vakuumpumpe mittels Schrauben oder Bolzen über
dem Befestigungsflansch an einem hierfür vorgesehenen Aufnahmeelement
zu befestigen. Im Burstfall, in dem ein mit der Welle verbundenes
Pumpelement, wie ein Rotor einer Turbomolekularpumpe bricht oder
blockiert, wird die durch das schlagartige Abbremsen auftretende
Energie auf das Pumpengehäuse und somit auch auf den mit
dem Pumpengehäuse verbundenen, insbesondere einstückig
ausgebildeten Befestigungsflansch übertragen. Dies kann
zu einem Abreißen der Befestigungsschraube führen,
so dass die Vakuumpumpe gegebenenfalls mehrere Meter durch den Raum
fliegt. Dies stellt ein erhebliches Gefahrenpotential dar.
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Um
einen Teil der bei einem Rotorburst auftretenden Energie zu absorbieren,
sind in
EP 1 413 761 unterschiedliche
Arten der Ausgestaltung der Befestigungslöcher beschrieben.
Durch derartige Befestigungslöcher soll im Burstfall ein
Drehen des Flansches um einen vorgegebenen Winkel in Rotationsrichtung
des Pumpelements möglich sein. Hierdurch erfolgt einerseits
eine Energieabsorption zwischen dem Befestigungsflansch und dem
Aufnahmeelement, an dem die Pumpe befestigt ist und andererseits
eine Energieabsorption durch auftretende Verformungen und Zerstörungen
im Befestigungsflansch sowie in den Befestigungsschrauben. Die in
EP 1 413 761 vorgeschlagenen
Ausgestaltungen des Befestigungsflansches und der Befestigungslöcher bewirken
zwar ein Absorbieren eines Teilen der bei einem Burst auftretenden
Energie, stellen jedoch fertigungstechnisch aufwendige Lösungen
dar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die in einem Befestigungsflansch eines
Vakuumpumpengehäuses vorgesehen Befestigungslöcher
derart auszubilden, dass sie kostengünstig herstellbar
sind und eine zuverlässige Energieabsorption gewährleisten.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich
um eine herkömmliche Turbomolekularpumpe oder dergleichen
handeln kann, weist in einem Gehäuse angeordnete Pumpelemente
wie Pumpenrotoren auf. Das mindestens eine Pumpelement ist auf mindestens
einer Welle in dem Pumpengehäuse getragen. Üblicherweise
trägt eine Welle mehrere hintereinander angeordnete Pumpelemente.
Die Welle ist üblicherweise über Lagerelemente, wie
Kugel- oder Magnetlager in dem Gehäuse gelagert. Die Befestigung
des Gehäuses erfolgt über einen mit dem Gehäuse
verbundenen, insbesondere einstückig ausgebildeten Befestigungsflansch.
Hierzu sind in dem Befestigungsflansch, entlang einer Kreislinie
Befestigungslöcher angeordnet. Erfindungsgemäß sind
die Befestigungslöcher zumindest teilweise als Langlöcher
ausgebildet, wobei die Längsachse der Langlöcher
zusätzlich einen Winkel ungleich null Grad zur Tangentialen
an der Kreislinie aufweist. Die Längsachse der als Langlöcher
ausgebildeten Befestigungslöcher ist somit nach innen oder
nach außen gerichtet. Dies hat zur Folge, dass beim Auftreten
eines Bursts und der damit verbundenen Verdrehung des Befestigungsflansches,
nicht nur eine Energieabsorption durch Reibung zwischen dem Befestigungsflansch
und dem Aufnahmeelement der Pumpe erfolgt, sondern auch aufgrund
der Verformung und/oder Verschiebung der Befestigungselemente wie
der Schrauben nach innen oder außen. Vorteilhaft bei der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung bzw. Anordnung
der Langlöcher ist es, dass einfach ausgebildete Befestigungslöcher
einerseits ein Verdrehen der gesamten Vakuumpumpe im Zerstörungsfall
und hiermit eine Energieabsorption durch Reibung und andererseits
zusätzlich eine Energieabsorption durch Verformung ermöglichen.
Es handelt sich bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen
einen Winkel zur Tangentialen der Kreislinie der Befestigungslöcher
aufweisenden Langlöchern um einfach ausgestalte und somit
kostengünstig herstellbare Befestigungslöcher.
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Die
Längsachse der Langlöcher weist vorzugsweise entgegen
einer Rotationsrichtung des mindestens einen Pumpenelements nach
außen, d. h. von der Welle der Vakuumpumpe weg.
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In
einer einfachen bevorzugten Ausgestaltung sind die einander gegenüberliegenden
Seitenflanken der Langlöcher parallel zueinander angeordnet.
Es ist jedoch möglich, die einander gegenüberliegenden
Seitenflanken derart auszugestalten, dass sie entgegen der Rotationsrichtung
des mindestens einen Pumpelements aufeinander zulaufen bzw. sich verjüngen.
Durch diese Verringerung des Abstands der Seitenflanken ist es möglich,
zusätzlich im Burstfall ein Quetschen der Befestigungselemente
wie der Schrauben, in deren radialer Richtung zu bewirken. Hierdurch
erfolgt eine weitere Absorption von Energie. Hierbei ist es möglich,
die Lage der einander gegenüberliegenden Seitenflanken
der Langlöcher derart auszugestalten, dass ein einseitiges
Quetschen des Befestigungselements wie der Schraube erfolgt. Vorzugsweise
sind die Langlöcher zur Längsachse jedoch spiegelsymmetrisch
ausgebildet.
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Insbesondere
bei den Langlöchern mit zueinander parallel verlaufenden
Seitenflanken ist es vorteilhaft, in dem Freiraum, in dem im Befestigungszustand
kein Befestigungselement angeordnet ist, ein Absorptionselement
vorzusehen. Hierbei kann es sich um ein Element aus relativ weichem
Metall oder Kunststoff handeln, das im Burstfall zusammengequetscht,
d. h. verformt wird. Hierdurch ist eine weitere Energieabsorption
erzielt.
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In
bevorzugter Ausführungsform ist zusätzlich ein
Justageelement vorgesehen, das vorzugsweise am Befestigungsflansch
vorgesehen ist. Durch ein derartiges Justageelement ist gewährleistet,
dass der Befestigungsflansch der Vakuumpumpe in der richtigen Lage
mit dem Aufnahmeelement verbunden wird. Bei dem Justageelement kann
es sich um einen am Befestigungsflansch vorgesehenen Stift handeln, der
mit einer in dem Aufnahmeelement angeordneten Ausnehmung zusammenwirkt.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Befestigungsflansch eine Flanschöffnung
aufweist, deren Breite in tangentialer Richtung einem Justagestift
entspricht. Hierbei ist es wiederum besonders bevorzugt, das Justageelement zusätzlich
als Befestigungselement zu nutzen und als Justagestift ein Befestigungselement
selbst wie eine Befestigungsschraube vorzusehen. In bevorzugter
Ausführungsform ist somit eine der Befestigungsöffnungen
als Justageöffnung ausgebildet, wobei die übrigen
Befestigungsöffnungen als erfindungsgemäß ausgebildete
geneigte Langlöcher ausgebildet sind.
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Ebenso
ist es möglich, dass der vorstehend beschriebene Befestigungsflansch
eine Gehäusekomponente der Vakuumpumpe ist. Der Befestigungsflansch
ist sodann mit einem weiteren Flansch eines Gehäuseteils
verbunden. Dies hat zur Folge, dass einzelne Gehäuseteile
der Vakuumpumpe sich im Falle eines Bursts gegeneinander verdrehen
können.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Vakuumpumpe,
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2 eine
schematische Draufsicht auf den Befestigungsflansch und
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3 eine
vergrößerte Ansicht eines als Langloch ausgebildeten
Befestigungslochs.
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Eine
Vakuumpumpe wie eine Turbomolekularpumpe weist in einem Gehäuse 10 Pumpelemente wie
Rotoren 12 auf. Diese sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
auf einer gemeinsamen Welle 14 angeordnet, die von einem
Elektromotor 16 angetrieben wird. Die Welle 14 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Kugellager 18 im
Gehäuse 10 gelagert. Mit dem Gehäuse 10 ist
ein Befestigungsflansch 20 verbunden bzw. einstückig
mit diesem ausgebildet. Der Befestigungsflansch 20 ist über als
Schrauben 22 ausgebildete Befestigungselemente mit einem
Aufnahmeelement 24, bei dem es sich ebenfalls um einen
Befestigungsflansch einer Vakuumkammer handeln kann, verbunden.
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Der
Befestigungsflansch 20 weist entlang einer Kreislinie 26 (2)
mehrere insbesondere im selben Abstand regelmäßig
um den Umfang verteilt angeordnete Befestigungslöcher 28 auf.
Eines der Befestigungslöcher ist zur Justage als radiale Öffnung 30 ausgebildet.
Die als Langlöcher ausgebildeten Befestigungslöcher 28 sind
im dargestellten Ausführungsbeispiel nach außen
gerichtet. Eine Längsachse 32 (3)
der Langlöcher 28 weist gegenüber einer
Tangentialen 34 zu der Kreislinie 26 einen Winkel α,
der ungleich null ist auf. Vorzugsweise ist der Winkel α in
dem Bereich von ca. 15°. Zur Bestimmung des Winkels α schneiden
sich im dargestellten Ausführungsbeispiel die Tangentiale 34 und
die Längsachse 32 des Langlochs 28 auf
der Kreislinie 26.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sind die
Langlöcher im dargestellten Ausführungsbeispiel
nach außen entgegen einer Rotationsrichtung 36 der
Welle 14 ausgerichtet.
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Im
herkömmlichen Befestigungsfall ist eine Befestigungsschraube 22,
wie in 3 dargestellt, in dem Langloch 28 angeordnet.
Im Burstfall verschiebt sich die Schraube in dem Langloch 28 nach
außen in Richtung eines Pfeils 38. Hierdurch erfolgt
ein Verformen des Befestigungselements 22 neben dem Auftreten
von Reibung zwischen einer Flanschinnenseite 40 (1)
und einer Anlageseite 42 des Aufnahmeelements.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden einander
gegenüberliegenden Seitenflanken 44 parallel zueinander
ausgebildet. Ferner sind die Seitenflanken 44 parallel
zur Längsachse 32 ausgebildet, die in der im dargestellten
Ausführungsbeispiel gezeigten Ausgestaltung der Langlöcher
der Symmetrieachse des Langlochs 28 entspricht.
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Zur
zusätzlichen Absorption von Energie kann in einem Freiraum 46 des
Langlochs 28, d. h. in dem Raum, in dem sich im herkömmlichen
Befestigungszustand die Schraube 22 nicht befindet, ein
Absorptionselement angeordnet werden.
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Um
die Lage der Vakuumpumpe in an dem Aufnahmeelement 24 befestigten
Zustand eindeutig zu definieren, ist vorzugsweise ein Justageelement vorgesehen.
Dieses ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Justageöffnung 30 (2)
ausgebildet. Diese weist eine Breite b axial zur Kreislinie 26 auf,
die der Breite eines Justagestiftes entspricht. In besonders bevorzugter
Ausführungsform wird als Justagestift ebenfalls eine Befestigungsschraube 22 verwendet.
Die Flanschöffnung 30 kann als kreisrundes Loch
oder als Langloch ausgebildet sein, wobei die Längsachse
dieses Langlochs radial verläuft. Dies hängt beispielsweise
davon ab, wie zugänglich das Loch von der Pumpenseite ist,
um eine Schraube einzuführen. Im Burstfall wird die in
der Flanschöffnung 30 vorgesehene Schraube somit
abgeschert.
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Das
Vorsehen von schrägen Langlöchern bei engen Montageverhältnissen
von der Pumpenseite hat generell den Vorteil, dass das Einführen
der Schrauben leichter ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1413761 [0004, 0004]