DE202013010209U1

DE202013010209U1 - Vakuumpumpen-Welle

Info

Publication number: DE202013010209U1
Application number: DE201320010209
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-02-16
Anticipated expiration: 2023-11-13

Abstract

Vakuumpumpen-Welle, für einen Rotor einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, mit einem Wellenkörper (10) mit einer zumindest teilweise zylindrischen Außenfläche (16) zur Aufnahme mindestens eines Rotorelements (18), gekennzeichnet durch einen sich in Längsrichtung (14) der Welle erstreckenden Hohlraum (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpen-Welle für einen Rotor einer Vakuumpumpe insbesondere einer Turbomolekularpumpe.
Vakuumpumpen wie beispielsweise Turbomolekularpumpen weisen in einem Pumpengehäuse einen von einer Rotorwelle getragenen Rotor auf. Bei Turbomolekularpumpen weist der Rotor mehrere Flügel aufweisende Rotorscheiben auf. Zwischen den Rotorscheiben sind Statorscheiben angeordnet. Aufgrund der sehr hohen Drehzahlen ist der Rotor insbesondere aufgrund der hohen Fliehkräfte starken Kräften und Spannungen ausgesetzt. Es ist bekannt, den Rotor aus einem Stück herzustellen. Dies wird durch ein äußerst aufwendiges und teures Fräsverfahren realisiert. Des Weiteren ist es bekannt einzelne Rotorelemente, bei denen es sich insbesondere um einzelne Rotorscheiben handelt auf eine Rotorwelle aufzupressen. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Aufpressen von Rotorelementen auf eine Rotorwelle zu einem sehr steifen Bauteil führt. Dies hat zur Folge, dass insbesondere bei hohen Drehzahlen, die in den Fügestellen und Rotorelementen auftretenden Kräfte und Spannungen stark zunehmen. Dies erhöht das Ausfallrisiko.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vakuumpumpen-Welle für den Rotor einer Vakuumpumpe zu schaffen, mit der das Ausfallrisiko der Vakuumpumpe verringert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpen-Welle für einen Rotor einer Vakuumpumpe insbesondere einen schnelldrehenden Rotor einer Turbomolekularpumpe weist einen Wellenkörper auf. Der Wellenkörper weist eine zumindest teilweise zylindrische Außenfläche zur Aufnahme mindestens eines Rotorelements auf. Auf den zylindrischen Teil der Außenfläche können somit beispielsweise einzelne Rotorscheiben mit Flügeln eines Turbomolekularpumpen-Rotors oder auch Rotorelemente anderer Typen an Vakuumpumpen beispielsweise aufgepresst werden. Erfindungsgemäß weist die Vakuumpumpen-Welle einen sich in Längsrichtung der Welle erstreckenden Hohlraum auf. Durch Vorsehen eines derartigen insbesondere durch Hohlbohren erzeugten Hohlraums wird die Steifigkeit des Verbunds aus Vakuumpumpen-Welle und Rotorelementen verringert. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Verringerung der Steifigkeit in diesem Bereich dazu führt, dass insbesondere bei hohen Drehzahlen die Beanspruchungen insbesondere in den Fügestellen und Rotorscheiben von Rotorelementen verringert werden. Hierdurch kann das Ausfallrisiko reduziert werden.
Der insbesondere rotationssymmetrisch zur Längsachse der Welle ausgebildete Hohlraum erstreckt sich vorzugsweise über den Bereich der Außenfläche, der zur Aufnahme von Rotorelementen dient. In anderen Bereichen, in denen die Rotorwelle beispielsweile Lagerzapfen, Aufnahmeflächen für einen Elektromotor o. dgl. aufweist, kann die Welle auch als Vollwelle ausgebildet sein. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, dass die Welle zumindest in dem Bereich, in dem Rotorelemente aufgenommen werden, durch das Vorsehen des Hohlraums eine geringere Steifigkeit aufweist und somit beispielsweise auftretende Spannungsspitzen reduziert werden können.
Insbesondere erstreckt sich der Hohlraum zumindest über zwei Drittel und besonders bevorzugt zumindest über drei Viertel der Länge der Welle.
Da es sich bei der erfindungsgemäßen Welle um eine in Vakuumpumpen eingesetzte Welle handelt, ist es bevorzugt einen Druckausgleich für den Hohlraum zu schaffen. Es ist daher bevorzugt, dass in dem Wellenkörper eine Bohrung oder Öffnung vorgesehen ist, durch die ein außerhalb der Welle liegender Bereich mit dem Hohlraum verbunden ist. Bevorzugt ist es, dass eine derartige Öffnung, Querbohrungen o. dgl. in einem Randbereich in Beziehung auf die Längsrichtung der Welle des Hohlraums vorgesehen ist. Hierdurch ist insbesondere vermieden, dass die Öffnung in einem Bereich der Außenfläche angeordnet ist, in dem in dieser Ausführungsform gegebenenfalls Rotorelemente angeordnet werden sollen. Des Weiteren ist es bevorzugt, diese Bohrung oder Öffnung in einem Bereich eines druckseitigen Endes des Hohlraums anzuordnen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpen-Welle weist diese eine saugseitige mit dem Hohlraum verbundene Öffnung auf. Insbesondere ist eine Stirnseite der Welle zumindest teilweise offen. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstellung des Hohlraums dieser ausgehend von der saugseitigen Stirnseite der Welle insbesondere durch Hohlbohren hergestellt werden kann. Hierdurch ist eine sehr exakte Herstellung möglich. Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann in der saugseitigen Öffnung innerhalb des Hohlraums ein Verschlusselement zum Verschließen des Hohlraums angeordnet werden. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein Element das weitere Funktionen aufweist, beispielsweise ein Fanglager trägt. Vorzugsweise ist die Stirnseite der Welle somit mit einem Fanglagerzapfen verschlossen. Insbesondere bei dieser Ausführungsform ist die insbesondere druckseitig angeordnete Querbohrung von besonderer Bedeutung. Über die Querbohrung erfolgt ein Entlüften bzw. Evakuieren des Hohlraums. Hierdurch ist vermieden, dass über die insbesondere durch den Fanglagerzapfen verschlossene saugseitige Öffnung Gas in den sehr sensiblen Hochvakuumbereich entweicht.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass eine Innenfläche des Hohlraums eine Lagerfläche ausbildet. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine Innenfläche des Hohlraums, die saugseitig angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass über die saugseitige Öffnung ein Lager innerhalb der Welle in dem Hohlraum angeordnet werden kann. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung der Baulänge der Welle gegenüber einem in Längsrichtung außerhalb der Rotorelemente angeordneten Lager. Es ist erfindungsgemäß durch das Vorsehen einer einen Hohlraum aufweisenden Welle möglich zumindest eines der die Welle tragenden Lager in Längsrichtung auf Höhe von Rotorelementen anzuordnen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Lagerfläche zur Aufnahme von Magnetlagerelementen ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vakuumpumpen-Welle mit montierten Rotorelementen.
Eine Vakuumpumpen-Welle 10 weist einen Hohlraum 12 auf, der zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Rotorachse 14 rotationssymmetrisch ist. Auf einer Außenseite 16 des Wellenkörpers 10 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Flügel aufweisende Rotorelemente 18 einer Turbomolekularpumpe angeordnet. Zwischen den beiden Gruppen an Rotorelementen 18, bei denen es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um scheibenförmige Rotorelemente handelt, ist eine Distanzhülse 20 beispielsweise zur Ausbildung eines Zwischeneinlasses ausgebildet. Die Rotorelemente 18 sowie beispielsweise auch die Hülse 20 sind auf die insbesondere zylindrisch ausgebildete Außenfläche aufgepresst.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der zylindrisch ausgebildeten Außenfläche 17 ferner ein Trägerelement 22 einer Holweckstufe 24 angeordnet. Das im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Trägerelement 22 trägt rohrförmige Rotorelemente 26 der Holweckstufe 24.
Der Hohlraum 12 ist vorzugsweise durch Hohlbohren hergestellt. Der Hohlraum 12 weist daher an einer Stirnseite eine saugseitige Öffnung 28 auf. Der Hohlraum 12 kann mehrere Stufen aufweisen und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere einen Bereich 30 mit geringerem Durchmesser auf. Hierdurch können die Wandstärken der Hohlwelle in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden. Auch hierdurch werden auftretende Spannungsspitzen verringert. Der Hohlraum 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Fanglagerzapfen 29 verschlossen.
Zum Druckausgleich in dem Hohlraum 12 ist ferner eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Querbohrung 32 ausgebildete Verbindungsöffnung zwischen einem äußeren Bereich und dem Hohlraum 12 vorgesehen. Die Bohrung 32 ist vorzugsweise mit einem druckseitigen, in der Zeichnung unteren Bereich der Vakuumpumpe verbunden, so dass der Hohlraum 12 nicht vollständig evakuiert werden muss. Hierzu ist es bevorzugt, dass der Hohlraum 12 saugseitig verschlossen wird. Ein Verschließen der Öffnung 28 erfolgt in besonders bevorzugter Ausführungsform durch Anordnen eines Lagerelements innerhalb des Wellenkörpers 10. Hierzu weist der Hohlraum 12 saugseitig an einer Innenfläche eine Lagerfläche 34 auf. Im Bereich der Lagerfläche können vorzugsweise Magnetlagerelemente angeordnet werden. Diese können in diesem Bereich beispielsweise durch ein topfartiges oder deckelartiges Element angeordnet bzw. fixiert werden, so dass hierdurch gleichzeitig ein Abschließen des Hohlraums 12 erfolgt.
Eine Außenfläche 36 der Vakuumpumpenwelle kann ferner als Lagerzapfen ausgebildet sein. Des Weiteren können auf einer Außenseite 38 beispielsweise Teile einer Antriebseinrichtung eines Elektromotors angeordnet sein bzw. mit dieser zusammenwirken.

Claims

Vakuumpumpen-Welle, für einen Rotor einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, mit einem Wellenkörper (10) mit einer zumindest teilweise zylindrischen Außenfläche (16) zur Aufnahme mindestens eines Rotorelements (18), gekennzeichnet durch einen sich in Längsrichtung (14) der Welle erstreckenden Hohlraum (12).
Vakuumpumpen-Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (12) insbesondere über zwei Drittel und besonders bevorzugt drei Viertel der Länge der Welle erstreckt.
Vakuumpumpen-Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (12) zumindest über einen Bereich der Außenfläche (16, 17) erstreckt, in dem Rotorelemente (18, 20) aufgenommen werden.
Vakuumpumpen-Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich durch den Wellenkörper (10) in den Hohlraum (12) erstreckende Öffnung (32) vorgesehen ist.
Vakuumpumpen-Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (32) in Längsrichtung (14) der Welle im Randbereich des Hohlraums (12) angeordnet ist.
Vakuumpumpen-Welle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (32) im Bereich eines druckseitigen Endes des Hohlraums (12) angeordnet ist.
Vakuumpumpen-Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) eine saugseitige Öffnung (28) aufweist, die insbesondere an einer Stirnseite des Wellenkörpers (10) vorgesehen ist.
Vakuumpumpen-Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) insbesondere saugseitig eine Lagerfläche (34), insbesondere zur Aufnahme von Magnetlagerelementen aufweist.