DE2138152C3

DE2138152C3 - Lageranordnung für den Läufer einer Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE2138152C3
Application number: DE2138152A
Authority: DE
Inventors: Max Dr. 6450 Hanau Wutz
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CH544224A; DE2138152A1; FR2149145A5; US3753623A; DE2138152B2; GB1404020A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für den Läufer einer Turbomolekularpumpe mit einer von einem Antriebsmotor direkt antreibbaren, vertikal angeordneten Welle, die mittels zweier im Abstanu voneinander angeordneter Radialiager auf einem feststehenden Zapfen gelagert ist, der mit Schmiermittelzu- und -abführkanälen versehen ist, die an einem Schmiermittelkreislauf angeschlossen sind.

Bei bekannten Lagoranordnuiigen für Turbomolekularvakiiumpunipen wird im allgemeinen oberhalb und unterhalb des Antriebs ein Radiallager angeordnet. Die Axialkräfte werden durch Schräglager oder durch separate Axiallager aufgenommen. Es kann sich dabei sowohl um Gleitlager als auch um Kugellager handeln. Als Antrieb dient dabei häufig ein Motor mittlerer Frequenz, das heißt, mit einer Drehzahl zwischen etwa 20 000 und 1000 Upm. Der Motor kann die Drehwclle, auf der die Laufschaufelkränze der TurbomoLkularvakuumpumpe angeord

net sind, direkt oder über ein Getriebe antreiben.

Die bekannten Lageranordnungen, welche Kugellager verwenden, sind sehr sclrwingungsempfindlich, weil im allgemeinen mit einem ölnebel geschmiert wird, und weisen eine begrenzte Lebensdauer auf. Bei bekannten Lageranordnungen, welche Gleitlager verwenden, ist das Problem der Ölabführung de? über dem Antrieb liegenden Lagers offensichtlich bisher noch nicht befriedigend gelöst. Es entstehen bei einer solchen Lageranordnung Ölspritzer und Öldämpfe, die für die das Lager umgebenden Bauteile nachteilig sind. Dies trifft im besonderen Maße zu. wenn auch die Antriebsvorrichtung innerhalb des Pumpengehäuses oder in einem evakuierbaren Raum angeordnet ist. Eine intensive Ölschmierung steht im allgemeinen der Anwendung eines Direktantriebs im Vakuum entgegen. Bei den bekannten Turbomolekularvakuumpumpen ist außerdem von Nachteil, daß die in den Lageranordnungen und in dem Antriebsmotor entstehende Wärme sehr schlecht abgeführt werden kann.

Aus der französischen Patentschrift 1 304 689 iu eine Turbomolekularvakuumpumpe bekannt, bei der die drehbaren Teile auf einer Hohlwelle um einen feststehenden hohlen Zapfen herum mittels zweier im Abstand \oneinander angeordneter Kugellager in der Nähe des Massenschwerpunkts der drehbaren Teile gelagert, sind. Die Kugellager sind so angeordnet, daß'sie sowohl die radialen als auch die axialen Kräne aufnehmen können. Sie werden vom hohlen Teil des Zapfens aus durch enge Kanäle mit Schmier öl versorgt, welches in den Zapfenhohlraum zurückgeführt wird, ohne in den evakuierbaren Raum zn gelangen.

Die bekannte Lageranordnung ist jedoch wegen der verwendeten Kugellager ebenfalls sehr schwingungsempfindlich. Da die Kugeilacer als Schräglage! ausgebildet sind, vermögen sie nur in bestimmten Richtungen begrenzte Kräfte aufzunehmen, line Belastbarkeit ist dadurch gering und wirkt siel· bei den für solche Pumpen erforderliehen hohen Drehzahlen nachteilig auf die Lebensdauer aus. Der Abfuhr der Wärme, die beim Betrieb des Antriebsmotors in diesem selbst entsteht, ist offensichtlich bei der bekannten Turbomolekularvakuumpumpe keine Beachtung geschenkt worden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die durch Kugellager gebildeten Schräglager und deren Nachteil (begrenzte Belastbarkeit) zu vermeiden und zugleich eine bessere Wärmeabfuhr von den drehbaren Teilen zu erzielen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Turbomolekularvakuumpumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Welle oder ein mit der Welle drehbares Teil auf der den Schaufelkränzen abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, in die der feststehende Zapfen hineinragt, daß der Raunzwischen dem Boden der Ausnehmung und der dei Ausnehmung zugckehrU-n Hache des Zapfens mr flüssigem Schmiermittel unter Druck aiisfüllbar is und so ein hydrostatisches oder hydrodynamische; Lager zur Aufnahme im wesentlichen axialer Kräfte bildet, wobei der Zapfen zur Schmiermittclzufuhi mit einem Zentralkanal versehen ist. der zum Axiallager führt und Kanäle aufweist, welche mit der Ausnehmung verbunden sind.

Hierdurch ergibt sich eine auch bei sehr höhet Drehzahl praktisch verschleißfrei arbeitende Lager

anordnung, welche eine überaus hohe Lebensdauer besitzt Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Lageranordnung schvvingungsdämpfend wirkt. Ölspritzer gelangen nicht in den die Lageranordnung umgebenden Raum, was insbeson-' dere beim Betrieb im Vakuum bedeutsam ist. Die Wärmeabfuhr durch das Schmiermittel ist bei der rftndungsgemäßen Lageranordnung derart intensiv, daß insbesondere beim Anfahren der Pumpe der Anuicb wesentlich höher als bisher belastet werden kann Da< erfindungsgemäß verwendete Axiallager wiS als hydrostatisches oder hydrodynamisches L «r und gestattet eine praktisch schwimmende Lagerung des drehbaren Teils und dessen Ausbildung oder Verbindung mit einer vertikal angeordneten Drehwelle, auf der der Pumpenrotor angeordnet ist. Bewährt hat sich eine derartige Ausbildung der erfindungsgemäßen Turbomolekularvakuumpumpe, J₁R die Fläche des Zapfens eine halbkugelförmige Einbuchtung aufweist, in die ein korrespondierender *ο abfuhr erreicht. Dies gestattet die Unterbnngung^ iMotors in einem evakuierbaren Gehäuse unu höhere Belastbarkeit desMotors_

Bewahrt hat s.ch hierbei, daß der Lauter ie elektrischen Miudfrpue^lon ^ una^on des sen Stator nur durch ein en DiChIsPaItgetren Hierdurch wird ein Antrieb im
intensiven Ölschmierung gesch^ ^ furchtet werden muß, daß bei der Olab'un » _h dem Lager Spritzer entstehen. De Antrieb durc einen elektrischen M.ttelfrequenzniotor hat der Vor teil, daß er auch bei hohen Drehzahlen ^W"^ arm umläuft da er einen leich -^ massiven Laufer verwendet. Er lautt asvncnι und ist beim Anfahren mit der erfindungsgemaßen Lageranordnung hoch belastbar _beiipiels.

In den Zeichnungen ist die E findung b upie

weise und ™" **^e™^ mit der

Fig. 1 die Turbomokkulanakuu™P» V erfindungsgemäßen Lageranordnung, welche ,n

^ mindert die Reibungsverluste. An Stelle einer M-r 'sehen Lageriläche kann z.B. eine Kegelspitze '■"■"■w-.ndt werden

" V levers vorteilhafte Weiterbildung der Er- f, ,Λ,ηε besteht darin, daß der Zapfen zur Schmierniuid/ufuhr unter Druck in die Ausnehmung in der D₁ ..„welle oder in dem mit ihr drehbaren Teil wenig- ;„„s einen Kanal aufweist. Bewährt hat sich hierbei. d,:·. mindestens ein Schmiermittelzufuhrkanal in der i'.nosachse des Zapfens angeordnet ist.

Vine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Zwischenraum zwischen der Ausneh-,, ,ne in der Drehwelle oder in dom mit ihr drehbaren Tcifund dem feststehenden Zapfen an einer die Kanäle einbeziehenden Schmiermitte.kreislauf angeschlossen ist. Hierdurch i„t eine stet.ge Druckolvcrsoring der Schmierstellen gewährleistet. Die Aus- ^ΓΆ^ einer hvdro- *s dynamischen lageranordnung

Gleiche Teile sind in \<.rschieatnen r-n, deichen Ziffern bezeichnet.

' F i g. 1 zeigt die prinzipielle ^^iXrt Erfindung zugrundeliegenden Lagers^ir, e nc i urto molekularvakuumpumpe^ Im untere lcildes^um

pengehäuscs 1 ,st die ^^"^^ i

vorliegenden Falle ein Mittelf
gebracht, dessen Laufer 3 ™\^ Jen und nut dem Gehäuse verbundene pp dreht. Das Schmieröl «m\ ^»^ζ^₁ JkS des über die Druckleitung 6 in ™ ^n aU,ana 1 de feststehenden Zapfens 4 cingLspciM und ^ die Rücklaufle.tung? und df" Entßa™ngMuha^ und oder e.jen gneu.-n .It^^ Forderpu p

zu An der D ucklutun^ ^{6 1}^ ^C1"^ J¹^_{1 cntils} Zw.schcnschaltung «nc; J^ ™f;™ag

und _die Ausnehmung praktisch spntzfre,

"ine weitere Ausbildung der Erfindung besteh, dann daß eine Fördereinrichtung zur Aufrcchierhal-Γ, eines konstanten Drucks in^, Schmiermittels-I,uf während des Betriebs der Vakuumpumpe dient. Bcuahrt hat sich hierbei, daß die Fördereinrichtung aus einer volumetrisch«, Pumpe besteht.

Ferner besteht eine weitere Ausbildung der Lrhn-

dung darin, daß ein Windkessel bei Ausfall der For-

eiereinrichtung automatisch das Schmiermittel mit

Druck beaufschlagt. Alle Maßnahmen, die der Auf-

echtcrhaltung eines konstanten Drucks im Schmier-

HUelkreiskuif dienen, haben sieh in Betrieb beson-

des vorteilhaft ausgewirkt, da sie der Erhöhung der

Oleiteigenschaften der Lageranordnung dienen und

eine „She Betriebssicherheit und Lebensdauer _to-

tewätt hat sich auch eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Turbomolckularvakuumpumpc. bei der die Antriebsvorrichtung ein Elektromotor ist und das mit der Drehwelle drehbare Ted als Laufer des Antriebsmotors ausgebildet ,st. H.crdurch wird

3'discirS, SKSS, i ^!

der Lagerano^nung .^

mäßig, die Förderpumpe bereits vor dem Emschalte der Antr.cbsvornc Hung in Betrieb zu «tzt^ α sich an den, Axiallager am ^^J,^^. Zapfens em ausrechende! Sehn crmiitciarucK ^

baut. Der PumP«,roU,r bes =hlJ^r Drch*dJ^ und den auf ihr b^^s».gK^„ Lai.hchau elKn„ D.ese sun mit mc ηι so khen Abs. ^ angeordnet daß st mit dt, "JJ¹ ;

pumpen üblichen eng en Spalteⁿ ^™ J™ ₂,

am Gehäuse 1 befestigten I ei schaufc kragen 21 umlaufen. Das Purnpcngchausc xsl st cmcn Stu^n 22 auf. we c:her den Ansch ^ - <mu Vakm.^mxor pumpe bildet.^Auf d^&^ⁿ^^m^^_mm.

^Ί V^rbomo.^lcku _A ^la^_ri^U "Ssnid die obere Gehäuse6. se^- η^^^^^Ζ^ Sutzen weist vo-i.haf,™se e.^elat^g^en messer auf und steht mit dem cvakuicroa

.11 ^Vcrbindu"f· _crfindun«„_cmäße Lagerkonstruk-

6₅ - , g 2 zeig die c^f"^™ 8 _{kher im}

Uoη Dcr unten. Ί «1 der ^^ ₃ ^

Är^Lotors, besitzt e.ne Ausnehmung U,

in der zwei Lagerbuchsen 12 angeordnet sind. Der Läufer 3 und der Stator 2 des Motors sind nur durch einen Dicntspalt 17 getrennt. Die Lagerbuchsen sind mit achsparallelen Bohrungen oder Schlitzen 13 für den ölrücklauf versehen. Am Boden 25 der Ausnehmung 11 befindet sich ein vorzugsweise sphärisch vorspringendes Lagerelement 14, das sich gegenüber der tragenden, korresnondierend eingebuchteten Flache 26 des Zapfens 4 frei einstellen kann und als Axiallager dient. Das Drucköl wird der Bohrung 11 durch den Zentralkanal 15 in dem feststehenden Zapfe.-. 4 und den Schmierkanälen 16 durch die Außenwand 28 und dem Axiallager 14 durch die Tragfläche 7,6 zugeführt. Das Axiallager ist als hydrostatisches Lager ausgebildet. Zur Schmierung wird eine volumetrische Pumpe mit konstanter Fördermenge verwendet.

Die F i g. 2 b unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispiclen durch das hier verwendete hydrodynamische Lager, welches im Ausführungsbeispiel als sphärisches Spiralrillenlager 32 ausgebildet ist. Die Lagerbüchsen 12 dienen der auch bei den vorangehenden ^usfuhrungsbeispielen vorhandenen Radiallagerung.

Wesentlich bei der Hrfindung ist, daß das aus den Lagern 12 und 14 austretende öl infolge der Zentrifugalkräftc in die zylindrische Wandung 27 der Ausnehmung 11 geschleudert wird und dort, ohne der Zapfen 4 zu berühren, nach unten geführt wird, wc es praktisch spritzfrei dem Ölsammelraum 18 zufließt Das Öl fließt von dort zur Förderpumpe durch eint Abflußöffnung 19 im Gehäuse 1 ab in den ölkrcis lauf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Lageranordnung für den Läufer einer Turbomolekularpumpe mit einer von einem Antriebsmotor direkt antreibbaren, vertikal angeordneten Welle, die mittels zweier im Abstand voneinander angeordneter Radialiager auf einem feststehenden Zapfen gelagert ist, der mit Schmiermiitelzu- und -abführkanälen versehen ist, die an einem Schmiermittelkreislauf angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (24) oder ein mit der Welle drehbares Teil (3) auf der den Schaufelkränzen abgewandten Seite eine Ausnehmung (11) aufweist, in die der feststehende Zapfen (4) hineinragt, daß der Raum zwischen dem Boden (25) der Ausnehmung (11) und der der Ausnehmung zugekehrten Fläche (26) des Zapfens (4) mit flüssigem Schmiermittel unter Druck ausfüllbar ist und so ein hydrostatisches oder hydrodynamisches Lager (14) zur Aufnahme im wesentlichen axialer Kräfte bildet, wobei der Zapfen (4) zur Schmiermittelzufuhr mit einem Zentralkanal (15) versehen ist, der zum Axiallager (14) führt und Kanäle (16) aufweist, welche mit der Ausnehmung (11) verbunden sind.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (26) des Zapfens (4) eine halbkugelförmige Einbuchtung auf- eist, in die ein korrespondierender Teil des Layers (14) eingreift.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (5) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks im Schmiermittelkreislauf während des Betriebs der Turbomolekularpumpe.

4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung aus einer volumetrischen Pumpe (5) besteht.

5. Lageranordnung nach Anspruch 3 oder 4. gekennzeicii.net durch einen Windkessel, der bei Ausfall der Fördereinn^tur.^ [S) automatisch das Schmiermittel mit Druck beaufschlagt.