DE202013008470U1

DE202013008470U1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE202013008470U1
Application number: DE202013008470.7U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: EP3049676B1; US20160298649A1; US10221864B2; EP3049676A1; WO2015043962A1

Abstract

Vakuumpumpe insbesondere Turbomolekularpumpe,
mit einer Rotorwelle (10) verbundenen Rotorelementen (20, 22),
mindestens einer mit einem Rotorelement (20, 22) zusammenwirkenden Statoreinrichtung (24, 26),
einer die Rotorwelle (10) antreibenden elektrischen Antriebseinrichtung (30),
die Rotorwelle (10) tragenden Lagern (32) und
einem mehrere Gehäuseteile (14, 28, 34) aufweisenden Gehäuse,
dadurch gekennzeichnet, dass
wärmeempfindliche Bauteile (32) mit einem ersten Gehäuseteil (34) und stark wärmeerzeugende Bauteile (30, 24, 26) mit einem zweiten Gehäuseteil (28) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe.
Vakuumpumpen weisen eine Rotorwelle auf, die üblicherweise mit mehreren Rotorelementen verbunden ist. Bei den Rotorelementen handelt es sich beispielsweise bei einer Turbomolekularpumpe um mehrere im Wesentlichen radial zur Rotorwelle verlaufende Rotorscheiben. Zwischen den Rotorscheiben sind üblicherweise mit dem Gehäuse verbundene oder im Gehäuse angeordnete Statorscheiben, bei denen es sich somit um mehrere einzelne Statoreinrichtungen handelt, vorgesehen. Die einzelnen Statorscheiben sind somit zwischen benachbarten Rotorscheiben angeordnet. Ebenso kann es sich bei einem Rotorelement beispielsweise um rotierende Bauteile einer Holweckstufe, einer Siegbahnstufe oder Gaedestufe, sowie auch um einen Rotor eines Seitenkanalverdichters, handeln. Insbesondere in derartigen Pumpentypen treten aufgrund der Verdichtung hohe Temperaturen auf. Die Rotorwelle der Vakuumpumpe ist ferner mit einer Antriebseinrichtung wie einem Elektromotor verbunden. Auch derartige Bauteile erzeugen häufig hohe Temperaturen. Es ist daher erforderlich, dass derartige stark wärmeerzeugende Bauteile gekühlt werden.
Die Rotorwelle ist von Lagern getragen. Insbesondere Wälzlager sind jedoch temperaturempfindlich. Bei hohen Betriebstemperaturen sinkt die Lebensdauer der Wälzlager. Häufig sind die Lager, insbesondere das druckseitig angeordnete Lager, auf engem Bauraum und insofern nahe der elektrischen Antriebseinheit, sowie auch des Bereichs, in dem eine hohe Gasverdichtung und somit hohe Verlustwärme erzeugt wird, angeordnet. Dies führt dazu, dass die Lager bei hoher Betriebstemperatur betrieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es mit konstruktiv einfachen Mitteln die Betriebstemperatur von Lagern, insbesondere Wälzlagern, bei Vakuumpumpen zu verringern.
Die Lösung der Aufgabe folgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Eine Vakuumpumpe weist eine Rotorwelle und mindestens ein Rotorelement auf. Ferner ist mindestens eine mit dem mindestens einen Rotorelement zusammenwirkende Statoreinrichtung vorgesehen. Desweiteren ist mit der Rotorwelle eine elektrische Antriebseinrichtung, sowie die Rotorwelle tragende Lager verbunden. Desweiteren weist die Vakuumpumpe ein Gehäuse auf, in dem die Bauteile der Pumpe angeordnet sind. Insbesondere trägt das Gehäuse über die Lager die Rotorwelle. Ferner ist mit dem Gehäuse mittelbar oder unmittelbar die mindestens eine Statoreinrichtung verbunden. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse mehrere Gehäuseteile auf, wobei wärmeempfindliche Bauteile mit einem ersten Gehäuseteil und stark wärmeerzeugende Bauteile mit einem zweiten Gehäuseteil verbunden sind. Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich, dass die beispielsweise im Verdichterteil und/oder von der Antriebseinrichtung erzeugte starke Wärme abgeführt wird, sodass die Betriebstemperatur wärmeempfindlicher Bauteile wie insbesondere eines Lagers reduziert werden kann. Erfindungsgemäß wird somit die innerhalb der Pumpe erzeugte starke Wärme nur möglichst wenig in das Lager eingebracht. Dies ist erfindungsgemäß durch eine einfache konstruktive Maßnahme gelöst, da das Gehäuse mindestens zwei Gehäuseteile aufweist, und diese entweder die wärmeempfindlichen Bauteile oder die stark wärmeerzeugenden Bauteile tragen.
Vorzugsweise ist das zweite Gehäuseteil wärmeleitfähig mit der Antriebseinrichtung verbunden. Hierdurch kann die von der Antriebseinrichtung erzeugte Wärme auf einfache Weise abgeführt werden. In der bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Gehäuseteil über ein Trägerteil mit der Antriebseinrichtung verbunden. Hierdurch ist insbesondere die Montage vereinfacht. Ferner ist es desweiteren bevorzugt, dass das Trägerteil weitere Bauteile trägt, über die Wärme zum zweiten Gehäuseteil abgeführt werden kann. Insbesondere handelt es sich hierbei um Bauteile die mit dem Verdichtungsbereich in Verbindung stehen, sodass aus diesem die Wärme zum zweiten Gehäuseteil abgeführt wird. Bevorzugt ist es somit, dass mit der Trägereinrichtung zumindest eine Statoreinrichtung verbunden ist. Hierbei kann es sich insbesondere um Statoreinrichtungen der Holweckstufe, der Siegbahnstufe, der Gaedestufe oder eines Seitenkanalverdichters handeln. Eine Verbindung mit derartigen Statoreinrichtungen ist insbesondere vorteilhaft, da in derartigen Stufen eine hohe Verdichtung und insofern eine hohe Wärmeerzeugung erfolgt.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das zweite Gehäuseteil daher mit dem Trägerteil und/oder der Antriebseinrichtung und/oder mindestens einer Statoreinrichtung gut wärmeleitend verbunden. Die Verbindung erfolgt insbesondere über ein Verpressen der Bauteile mit Übermaß. Hierdurch kann eine gute Wärmeleitung verwirklicht werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das erste Gehäuseteil mit einem Lager, insbesondere dem druckseitigen Lager, verbunden. Das druckseitige Lager ist insbesondere bei einer kompakten Bauweise der Vakuumpumpe stark von der Wärmeentwicklung der Antriebsweinrichtung und/oder des Verdichtungsbereichs der Pumpe beeinflusst. Dies ist insbesondere der Fall, wenn dieses Lager von einer Holweckstufe oder dergleichen umgeben ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das erste Gehäuseteil zusätzlich oder statt der Verbindung mit dem Lager mit einer insbesondere nur wenig wärmeerzeugenden Steuereinrichtung verbunden.
Desweitern ist es bevorzugt, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil über eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Verbindung miteinander verbunden sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Verschraubung, wobei gegebenenfalls ein Dichteelement wie ein Luftspalt oder dergleichen vorgesehen sein kann. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Kammern der beiden Gehäuseteile thermisch voneinander entkoppelt sind.
Durch das Vorsehen zweier gesonderter Gehäuseteile ist es möglich diese auf unterschiedlichem Temperaturniveau durch eine gesonderte Kühlung zu halten. Insbesondere kann das erste Gehäuseteil stärker gekühlt werden, sodass die Betriebstemperatur des Lagers und/oder einer Steuereinrichtung gering ist. Hierdurch kann beispielsweise die Lebensdauer eines Lagers deutlich erhöht werden. Dies wäre bei nicht getrennten Gehäuseteilen nur möglich, indem auch die stark wärmeerzeugenden Bauteile stark gekühlt würden. Dies würde einen erheblich höheren Energieaufwand mit sich bringen.
Das Verbinden der stark wärmeerzeugenden Bauteile über ein Trägerteil insbesondere durch Verpressen hat ferner den Vorteil, dass neben einer guten Wärmeübertragung auch die Positionierung dieser Bauteile sehr exakt definiert ist. Dies ist insbesondere hinsichtlich eines von dem Trägerteil getragenen Stators einer Holweckstufe oder dergleichen zweckmäßig. Bevorzugt ist es ferner, dass mit dem Trägerteil der Stator des Motors durch Verpressen verbunden ist. Hierdurch ist auch die Position des Motorstators eindeutig definiert.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht eines Teils einer Vakuumpumpe.
In der in der Figur schematisch dargestellten Vakuumpumpe trägt eine Rotorwelle 10 mehrere als Rotorscheiben 12 ausgebildete Rotorelemente. Mit einem oberen Gehäuseteil 14 sind im Bereich der Turbomolekularstufe Statorscheiben 16 verbunden bzw. werden von dem oberen Gehäuseteil getragen.
Desweiteren ist mit der Rotorwelle 10 ein scheibenförmiger Träger 18 fest verbunden. Der Träger 18 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei als Rohrzylinder ausgebildete Rotorelemente 20, 22 einer Holweckstufe. Zwischen den Rotorelementen 20, 22 der Holweckstufe ist eine innere Statoreinrichtung 24 der Holweckstufe angeordnet. Das äußere Rotorelement 22 ist von einer weiteren Statoreinrichtung 26 der Holweckstufe umgeben, wobei diese äußere Statoreinrichtung 26 im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit einem zweiten Gehäuseteil 28 verbunden bzw. an der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 28 ausgebildet ist.
Desweiteren trägt die Rotorwelle 10 eine Antriebseinrichtung 30. Das druckseitige, in der Figur untere Ende der Rotorwelle 10 ist von einem Wälzlager 32 getragen. Das Wälzlager 32 ist in einem ersten Gehäuseteil 34 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Wärmeabfuhr der Antriebseinrichtung 30 bzw. des Motorstators der Antriebseinrichtung 30 der Motorstator fest mit einem Trägerteil 36 verbunden. Die Verbindung erfolgt insbesondere durch Verpressen. Das Trägerteil 36 trägt ferner die Statoreinrichtung 24, die ebenfalls durch Verpressen mit dem Trägerteil 36 verbunden ist. Das Trägerteil 36 ist sodann fest und wiederum gut wärmeleitfähig mit dem zweiten Gehäuseteil 28 verbunden. Die im Bereich der Holweckstufe erzeugte starke Wärme, sowie die von der Antriebseinrichtung 30 erzeugte starke Wärme wird somit aufgrund der gut wärmeleitfähigen Verpressungen nach außen in das zweite Gehäuseteil 28 eingeleitet.
Getrennt hiervon ist das Lager 32 mit dem ersten Gehäuseteil 34 verbunden. Das erste Gehäuseteil 34 ist beispielweise mittels Schrauben oder dergleichen mit dem zweiten Gehäuseteil 28 verbunden. Gegebenenfalls ist in diesem Bereich zusätzlich eine Dichtung 38 vorgesehen. Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem ersten Gehäuseteil 34 und dem zweiten Gehäusetel 28 möglichst gering. Es ist hierdurch möglich das erste Gehäuseteil 34 gesondert von dem zweiten Gehäuseteil 28 zu kühlen, sodass die Betriebstemperatur des Lagers 32 reduziert werden kann. Dies führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer.

Claims

Vakuumpumpe insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einer Rotorwelle (10) verbundenen Rotorelementen (20, 22), mindestens einer mit einem Rotorelement (20, 22) zusammenwirkenden Statoreinrichtung (24, 26), einer die Rotorwelle (10) antreibenden elektrischen Antriebseinrichtung (30), die Rotorwelle (10) tragenden Lagern (32) und einem mehrere Gehäuseteile (14, 28, 34) aufweisenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass wärmeempfindliche Bauteile (32) mit einem ersten Gehäuseteil (34) und stark wärmeerzeugende Bauteile (30, 24, 26) mit einem zweiten Gehäuseteil (28) verbunden sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (28) wärmeleitfähig mit der Antriebseinrichtung (30) verbunden ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (28) über ein Trägerteil (36) mit der Antriebseinrichtung (30) verbunden ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Trägerteil (36) zumindest eine Statoreinrichtung (24) insbesondere einer Holweckstufe, einer Siegbahnstufe, einer Gaedestufe oder eines Seitenkanalverdichters verbunden ist.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (28) mit dem Trägerteil (36) und/oder der Antriebseinrichtung (30) und/oder der Statoreinrichtung (24) gut wärmeleitfähig verbunden, insbesondere verpresst ist.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (34) mit einem der Lager, insbesondere dem druckseitigen Lager (32), verbunden ist.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (34) mit einer insbesondere wenig wärmerzeugenden Steuereinrichtung verbunden ist.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–7 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (34) und das zweite Gehäuseteil (28) mittels einer gering wärmeleitfähig aufweisenden Verbindung miteinander verbunden sind.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–7 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (34) und das zweite Gehäuseteil (28) thermisch voneinander entkoppelt sind.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (34) und das zweite Gehäuseteil (28) mit einer gesonderten Kühleinrichtung verbunden sind.