DE202011002794U1

DE202011002794U1 - Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Vakuumpumpen

Info

Publication number: DE202011002794U1
Application number: DE202011002794U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: JP2014506981A; WO2012110384A1; EP2676043A1; CN103370553A

Abstract

Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen, mit zwei die Welle (10) lagernden Lagerelementen (12), wobei zumindest eines der beiden Lagerelemente (12) aufweist: ein Lager (16) mit einem Wälzkörper (22) umgebenden Lageraußenring (20), mindestens einem zwischen einem Pumpengehäuse (14) und dem Lageraußenring (20) angeordneten Dämpfungselement (32) und einem mit dem Pumpengehäuse (14) verbundenen das mindestens eine Dämpfungselement (32) fixierenden Halteelement (28).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Vakuumpumpen, insbesondere von Turbomolekularpumpen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuumpumpe, insbesondere eine turbomolekulare Vakuumpumpe, mit einer entsprechenden Lageranordnung.
Die Lagerung von Pumpenwellen, wie Rotorwellen einer Turbomolekularpumpe, erfolgt häufig über Wälzlager, insbesondere Kugellager, in dem Pumpengehäuse. Zur radialen Dämpfung zumindest eines der beiden Pumpenlagerungen ist es bekannt, zwischen einem Lageraußenring und dem Pumpengehäuse ein Dämpfungselement vorzusehen. Als Dämpfungselemente werden üblicherweise ein oder zwei Dämpfungsringe mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Insbesondere aufgrund der schwankenden Härte und der schwankenden Toleranzen der Dämpfungsringe können Berührungen zwischen dem Pumpengehäuse und dem Außenring des Lagers erfolgen. Dies führt zu Lagerbeschädigungen. Da der Außenring des Lagers bei der Montage in axiale Richtung über den Dämpfungsring geschoben wird, können ferner Schrägstellungen des Außenrings hervorgerufen werden. Auch diese führen zu Beschädigungen des Lagers. Die Verwendung von Dämpfungsringen mit hoher Qualität hinsichtlich der Härte und der Toleranzen und/oder die Verwendung von Dämpfungsringen mit anderen beispielsweisen kissenförmigen Querschnitten wäre teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpenlagerung zu schaffen, bei der das Risiko der Lagerbeschädigung verringert ist und/oder die Montierbarkeit verbessert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen, nach Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung zur Lagerung schnell drehender Wellen von Vakuumpumpen weist zwei die Welle lagernde Lagerelemente auf. Zumindest eines der beiden Lagerelemente ist als Wälzlager ausgebildet und weist einen Wälzkörper umgebenden Lageraußenring auf. Das zweite Lager kann ebenfalls als Wälzlager, oder beispielsweise auch als Magnetlager ausgebildet sein.
Zwischen einem Pumpengehäuse, in dem die Welle der Pumpe gelagert ist und dem Außenring des Lagers ist mindestens ein Dämpfungselement angeordnet. Vorzugsweise ist das Dämpfungselement ringförmig ausgebildet und umgibt den Lageraußenring. Besonders bevorzugt ist die Anordnung von zwei oder mehr in axiale Richtung nebeneinander angeordneten, ebenfalls ringförmig ausgebildeten Dämpfungselementen. Besonders bevorzugt ist es, dass mindestens eine, vorzugsweise alle Dämpfungselemente einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisen. Erfindungsgemäß erfolgt das Fixieren des mindestens einen Dämpfungselements über ein mit dem Pumpengehäuse verbundenes Halteelement. Dies hat den erfindungsgemäß wesentlichen Vorteil, dass die Montage vereinfacht ist.
Insbesondere ist es möglich, das Halteelement erst nach der Montage des Lagers vorzusehen, wobei vorzugsweise durch das Montieren des Halteelements ein radiales Verformen des mindestens einen Dämpfungselements erfolgt. Aufgrund der radialen Verformung des mindestens einen Dämpfungselements wird eine den Lageraußenring haltende Radialkraft auf den Lageraußenring aufgebracht. Durch das Vorsehen eines Halteelements, das nach der Montage des Lagers montiert werden kann, ist es möglich, das mindestens eine Dämpfungselement derart zu dimensionieren, dass der Lageraußenring ohne große Kraftaufwendung in das Pumpengehäuse eingesetzt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass auf das mindestens eine Dämpfungselement bei der Montage keine oder nur geringe Axialkräfte wirken. Hierdurch ist insbesondere auch die Gefahr einer Schiefstellung des Lageraußenrings gegenüber der Längsachse der Welle bzw. gegenüber der Längsachse eines ggf. vorgesehenen Lagerinnenrings verringert. Ferner ist es möglich, durch das Halteelement eine definierte Verformung des mindestens einen Dämpfungselements zu bewirken, so dass eine definierte Axialkraft auf den Lageraußenring wirkt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, Toleranzen und/oder Schwankungen der Materialeigenschaften des mindestens Dämpfungselements auszugleichen und somit das Risiko einer Lagerbeschädigung zu verringern.
In einer bevorzugten Weiterbildung zumindest eines der beiden Lagerelemente der Lageranordnung weist das Pumpengehäuse eine Anlagefläche auf. Hierbei ist die Anlagefläche derart angeordnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement, insbesondere in axialer Richtung der Welle, zwischen dem Halteelement und der Anlagefläche angeordnet ist. In bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei der Anlagefläche somit um eine Axial-Anlagefläche, d. h. eine Anlagefläche, durch die bezogen auf die Wellenlängsachse Axialkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden können.
Vorzugsweise ist die Anlagefläche durch eine insbesondere ringförmige Ausnehmung in dem Pumpengehäuse ausgebildet. Die Ausnehmung ist hierbei vorzugsweise nach außen offen, so dass zur Montage des mindestens einen Dämpfungselement auf einfache Weise von außen in die Ausnehmung eingesteckt werden kann. Die Ausnehmung kann sodann durch das Halteelement in axialer Richtung verschlossen werden.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Halteelement einen insbesondere ringförmigen Ansatz auf. Dieser erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen in axiale Richtung, so dass er in montiertem Zustand des Halteelements in die Ausnehmung ragt. Hierbei ist in bevorzugter Weiterbildung das mindestens ein, insbesondere ringförmig ausgebildete Dämpfungselement zwischen dem Ansatz des Halteelements und der Anlagefläche des Pumpengehäuses angeordnet. Der insbesondere ringförmige Ansatz des Halteelements kann gleichzeitig zur Zentrierung des Halteelements im Pumpengehäuse dienen. Die Fixierung des Halteelements an dem Pumpengehäuse erfolgt beispielsweise durch insbesondere axial angeordnete Schrauben.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Wälzlager ist vorzugsweise zwischen dem Lageraußenring und dem Halteelement, insbesondere dem Ansatz des Halteelements ein Hohlraum vorgesehen, der vorzugsweise mit einem Wärme übertragenden Medium, insbesondere einem Wärme übertragenden Schmiermittel, gefüllt ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Halteelement zusätzlich zur Fixierung des Lageraußenrings. Hierzu weist das Halteelement vorzugsweise einen radial in Richtung der Welle weisenden Vorsprung auf. Das Halteelement, insbesondere der Vorsprung des Halteelements, weist eine Axial-Anlagefläche auf, an der der Lageraußenring in montiertem Zustand mittelbar oder unmittelbar anliegt. Bevorzugt ist hierbei zusätzlich zwischen dem Lageraußenring und dem Halteelement zur axialen Dämpfung ein Axial-Dämpfungselement vorzusehen. Dieses liegt in besonders bevorzugter Ausführungsform an einer axialen Außenseite des Lageraußenrings sowie an der Axial-Anlagefläche des Vorsprungs des Halteelements an.
Sofern das Wälzlager zusätzlich einen Lagerinnenring aufweist, ist dieser vorzugsweise auf der Welle fixiert. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Lagerinnenring über ein Fixierelement in axiale Richtung gegen einen Wellenabsatz gedrückt wird. Ggf. kann der Lagerinnenring auch entfallen, wobei die üblicherweise durch den Lagerinnenring ausgebildete Laufläche der Wälzkörper unmittelbar durch die Außenseite der Welle ausgebildet ist.
Das zweite die Welle der Vakuumpumpe lagernde Lagerelement kann beispielsweise als Magnetlager ausgebildet sein. Bevorzugt ist es, dass auch dieses Wälzlager einen Lageraußenring aufweist, der durch mindestens ein zwischen dem Pumpengehäuse und dem Lageraußenring angeordnetes Dämpfungselement dämpfend gelagert ist. Das mindestens eine Dämpfungselement ist hierbei wiederum über ein entsprechendes Halteelement fixiert. Auch dieses Lager kann wie vorstehend erläutert vorteilhaft weitergebildet sein.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe mit einem von einer Welle getragenen Rotorelement. Das Rotorelement weist bei einer Turbomolekularpumpe mehrere einzelne scheibenförmige Rotorelemente auf, die jeweils mehrere Rotorflügel umfassen. Zwischen diesen einzelnen scheibenförmigen Rotorelementen sind Statorelemente angeordnet, die ebenfalls Flügel aufweisen. Die Welle ist in einem das Rotorelement umgebenden Pumpengehäuse gelagert, wobei die Lageranordnung erfindungsgemäß wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Halbschnitt einer der beiden Lageranordnungen.
Eine Vakuumpumpe weist eine Welle 10 auf, die ein nicht dargestelltes Rotorelement trägt. Die Welle 10 ist durch zwei Lagerelemente gelagert, von dem in der Zeichnung ein erstes Lagerelement 12 schematisch dargestellt ist. Das insbesondere das andere Ende der Welle 10 lagernde Lagerelement kann vorzugsweise entsprechend dem Lagerelement 12 ausgebildet sein. Über die beiden Lagerelemente ist die Welle 10 in einem Pumpengehäuse 14 gelagert. Das Lagerelement 12 weist ein Lager 16 mit einem Innenring 18, einem Außenring 20 und zwischen den beiden Lagerringen 18, 20 angeordneten Wälzkörpern 22 auf. Der Innenring 18 ist auf der Welle 10 mittels eines Fixierelements 24 fixiert, in dem der Innenring 18 gegen einen Absatz 26 der Welle 10 gedrückt wird. Das Fixierelement 24 wird beispielsweise durch eine mit der Welle verbundene Rotorbefestigung mittelbar oder unmittelbar an den Lagerinnenring 18 angedrückt.
Die Fixierung des Lageraußenrings 20 erfolgt über ein Halteelement 28. Das insbesondere als ringförmiger Deckel ausgebildete Halteelement 28 ist über schematisch dargestellte Schrauben 30 mit dem Pumpengehäuse 14 verbunden.
Insbesondere zur radialen Dämpfung des Lageraußenrings 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Dämpfungselemente 32 angeordnet. Die beiden Dämpfungselemente 32 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet und umgeben den Lageraußenring 20 vollständig. Die im dargestellten Ausführungsbeispiel identisch ausgebildeten Dämpfungselemente weisen einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf.
Zur axialen Fixierung der Dämpfungselemente 32 mit Hilfe des Halteelements 28 weist das Pumpengehäuse eine Anlagefläche 34 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anlagefläche 34 durch eine im Pumpengehäuse 14 vorgesehene Ausnehmung 36 ausgebildet. Die Anlagefläche 34 ist ringförmig ausgebildet und umgibt die Welle 10. Die Anlagefläche 34 ist im Wesentlichen radial ausgerichtet.
Das im dargestellten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch zur Längsachse 38 ausgebildete Halteelement 28 weist einen ringförmigen Ansatz 40 auf, der in die Ausnehmung 36 ragt. Der Ansatz 40 drückt in axiale Richtung gegen die im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Dämpfungselemente 32. Durch die Montage des Halteelements 28 erfolgt somit ein Zusammendrücken der Dämpfungselemente 32 in axialer Richtung. Dies führt zu einer Verformung der Dämpfungselemente in radialer Richtung. Hierdurch erfolgt ein radiales Fixieren des Lageraußenrings 20. Da die Verformung der Dämpfungselemente erst durch die Montage des Halteelements 28 hervorgerufen wird, ist die Montage des Lagers vereinfacht, da zwischen der Außenseite des Lageraußenrings 20 und der Innenseite der Dämpfungselemente 32 nur eine geringe Reibung herrscht.
Ferner weist das Halteelement 28 einen Vorsprung 42 auf, der bezogen auf den Ansatz 40 radial weiter innen, d. h. in Richtung der Welle 10 angeordnet ist. Der Vorsprung 42 ist vorzugweise ebenfalls ringförmig ausgebildet. Durch den Vorsprung 42 ist eine Axial-Anlagefläche 44 ausgebildet, die in Richtung des Lageraußenrings 20 weist. Zwischen einer Stirnseite des Lageraußenrings 20 und der Axial-Anlagefläche 44 des Vorsprungs 42 ist ein Axial-Dämpfungselement 46 angeordnet. Durch diese bevorzugte Ausführungsform des Halteelements 28 erfolgt somit nicht nur ein Fixieren und Verformen der beiden Dämpfungselemente 32, sondern auch ein Fixieren des Lageraußenrings 20 in axiale Richtung. Ggf. kann hierdurch auch eine axiale Vorspannung des Lagers erfolgen.
Zur Abfuhr der Wärme aus dem Lager 16 ist zwischen dem Lageraußenring 20 und dem Ansatz 40 des Halteelements 28 ein Hohlraum 48 vorgesehen. Dieser ist mit einem wärmeleitfähigen Medium, wie einem wärmeleitfähigen Fett gefüllt.

Claims

Lageranordnung für schnell drehende Wellen von Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen, mit zwei die Welle (10) lagernden Lagerelementen (12), wobei zumindest eines der beiden Lagerelemente (12) aufweist: ein Lager (16) mit einem Wälzkörper (22) umgebenden Lageraußenring (20), mindestens einem zwischen einem Pumpengehäuse (14) und dem Lageraußenring (20) angeordneten Dämpfungselement (32) und einem mit dem Pumpengehäuse (14) verbundenen das mindestens eine Dämpfungselement (32) fixierenden Halteelement (28).
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (14) eine Anlagefläche (34) aufweist, so dass das mindestens eine Dämpfungselement (32) zwischen dem Halteelement (28) und der Anlagefläche (34) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (34) durch eine insbesondere ringförmige Ausnehmung (36) in dem Pumpengehäuse (14) ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) einen insbesondere ringförmig ausgebildeten Ansatz (40) aufweist, der in montiertem Zustand in die Ausnehmung (36) ragt.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine insbesondere ringförmig ausgebildete Dämpfungselement (32) zwischen dem Ansatz (40) des Halteelements (28) und der Anlagefläche (34) des Pumpengehäuses (14) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lageraußenring (20) und dem Ansatz (40) ein vorzugsweise mit einem Wärme übertragenden Medium gefüllter, insbesondere ringförmig ausgebildeter Hohlraum (48) ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) zusätzlich den Lageraußenring (20) fixiert.
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) einen radial in Richtung der Welle (10) weisenden Vorsprung (42) zur Fixierung des Lageraußenrings (20) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (28) insbesondere der Vorsprung (42) eine Axial-Anlagefläche (44) aufweist, an der der Lageraußenring (20) in montiertem Zustand mittelbar oder unmittelbar anliegt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lageraußenring (20) und dem Halteelement (28) insbesondere dem Vorsprung (42) ein Axial-Dämpfungselement (46) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) einen auf der Welle (10) fixierten Lagerinnenring (18) aufweist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement ein Lager (16) mit einem Wälzkörper (22) umgebenden Lageraußenring (20), mindestens einem zwischen einem Pumpengehäuse (14) und dem Lageraußenring (20) angeordneten Dämpfungselement (32) und einem mit dem Pumpengehäuse (14) verbundenen das mindestens eine Dämpfungselement (32) fixierenden Halteelement (28) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement gemäß zumindest einem der Ansprüche 2 bis 11 weitergebildet ist.
Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe mit einer ein Rotorelement tragenden Welle (10), einem das Rotorelement umgebenden Pumpengehäuse (14) und zwei Lageranordnungen (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.