DE3716221C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe mit einem gelagerten Rotor und mit einem oberen und unteren Notlager, welche in den Rotor umgebende Gehäuseteile eingesetzt sind und den Rotor im Notfall zu lagern vermögen.

Eine bisherige, in Fig. 2 dargestellte Turbomolekularpumpe umfaßt ein Rotorelement 1, eine Antriebs-Welle 1 a für letzteren, an der Welle 1 a angebrachte Gasturbinen-Schaufeln 6, den Rotor 1 umgebende Gehäuse(teile) 2 a und 2 b, aus einem porösen Metall hergestellte Gaslager 3 und 4, welche radial in das Gehäuse 2 b eingesetzt sind und die Welle 1 a umschließen, aus einem porösen Metall hergestellte Schub- oder Drucklager 5, die über bzw. unter den Gasturbinen-Schaufeln 6 im Gehäuse 2 b angeordnet sind, eine das Gehäuse 2 b an einer Stelle hinter dem Lager 3 durchsetzende Gas- Einlaßbohrung 3 a, eine das Gehäuse 2 b an einer Stelle hinter dem Gaslager 4 durchsetzende Gas-Einlaßbohrung 4 a, das Gehäuse 2 b an Stellen hinter den Lagern 5 durchsetzende Gas-Einlaßbohrungen 5 a und ein Dichtungselement 7 zur Verhinderung einer Verbindung zwischen den genannten Lagerteilen und einer auslaßseitigen Vakuumkammer 8. Im Betrieb dieser Turbomolekularpumpe wird ein Gas von den Gas-Einlaßbohrungen 3 a, 4 a und 5 a her durch die Gaslager 3, 4 und 5 hindurch in das Gehäuse 2 b eingeblasen, um damit Antriebs- Welle 1 a und Rotorelement 1 für Drehung zu lagern, wobei das Gas eine nicht dargestellte, im Gehäuse 2 b ausgebildete Turbinen- Gasauslaßbohrung, eine nicht dargestellte, im Gehäuse 2 b ausgebildete Turbinen-Gasspeisebohrung und die Gasturbinen- Schaufeln 6 durchströmt. Hierdurch wird die Welle 1 a mit dem Rotor mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt und damit eine Ab­ saugwirkung in Richtung der Pfeile A 1- A 2 erzeugt, so daß ein Bereich hohen Unterdrucks an der Seite des Pfeils A 1 entsteht.

Die bisherige, in Fig. 2 gezeigte Turbomolekularpumpe ist jedoch mit den Nachteilen behaftet, daß dann, wenn aus irgendeinem Grund der Druck des den Gaslagern 3, 4 und 5 zugeführten Gases abfällt oder die Gasspeiseleitung während der Drehung von Welle 1 a und Rotorelement 1 bricht, die Gaslager 3-5 ihre Tragfähigkeit verlieren und die Welle 1 a mit den Lagern in Berührung gelangt, was Beschädigung von Lagern, Welle und Rotorelement zur Folge hat.

Eine Turbomolekularpumpe der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-OS 25 24 061 bekannt, wobei dort allerdings der Rotor nicht mit Gaslagern, sondern magnetisch gelagert ist. Die dort beschriebene Turbovakuumpumpe besitzt Fanglager oder Notlager, wobei die Lagerelemente dieser Notlager als kegelstumpfförmige Lagerzapfen an den Wellenenden des Rotors ausgebildet sind; diese wiederum sind in entsprechenden Lagerbuchsen im Pumpengehäuse gelagert. Diese kegelförmigen Lagerzapfen erfordern eine genaue Anpassung an die Lagerbuchsen und gegeben in jedem Fall eine flächige Berührung, was zu einem hohen Verschleiß führt. Das wiederum bringt die Gefahr eines einseitigen Lagerkontaktes und damit einer unstabilen Drehung mit sich.

Die FR-PS 14 75 765 beschreibt ebenfalls eine Pumpe mit Magnetlagern. Dort ist auch ein Notlager vorgesehen, bei dem eine Kugel verwendet wird. Allerdings ist dort ein Notlager lediglich am unteren Ende der Pumpe vorgesehen, wobei eine im Gehäuse gelagerte Kugel einer geraden Stirnfläche des Rotors gegenübersteht. Bei Ausfall des Magnetlagers kann sich zwar der Rotor auf dieser Kugel weiterdrehen, doch wird er leicht in Radialrichtung abweichen, da er nicht zentrisch geführt ist und da er überdies an seinem oberen Ende überhaupt keine Notlager besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbomolekularpumpe der eingangs genannten Art unter Verwendung von Gaslagern für den Normalbetrieb hinsichlich der Notlager so zu verbessern, daß eine Beschädigung oder Zerstörung des Rotors und der Gaslager auch bei einem Ausfall der Gaslager sicher verhindert wird. Diese Aufgabe wird durch Einbeziehung der kennzeichenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe ist also so ausgebildet, daß zwei Notlager in Form zweier sphärischer Körper dem oberen bzw. dem unteren Ende des Rotors zugewandt sind, dabei aber ständig außer Berührung mit letzterem gehalten werden, und daß Tragelemente zur drehbaren Halterung der sphärischen Körper vorgesehen sind, so daß bei einem Versagen der Gaslager der Pumpe unter Verlust ihrer Tragfähigkeit die sphärischen Körper den Rotor an seinem oberen und unteren Ende drehbar lagern und dabei eine Berührung zwischen dem Rotor und den Gaslagern verhindern. Erfindungsgemäß besitzt dabei das untere Notlager zusätzlich ein am Boden des Pumpengehäuses befestigtes zylindrisches Gehäuse, eine zwischen dem Tragelement und dem Boden des zylindrischen Gehäuses angeordnete Feder sowie eine Gasspeiseöffnung, wobei über die Gasspeiseöffnung Gas mit demselben Druck wie dem des den Gaslagern zugeführten Gases zuführbar ist und wobei der untere Teil des Tragelementes einen Kolben in dem zylindrischen Gehäuse bildet.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Turbo­ molekularpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch eine bis­ herige Turbomolekularpumpe.

Fig. 2 ist eingangs bereits erläutert worden.

Die Turbomolekularpumpe gemäß Fig. 1 umfaßt ein Rotor 1, eine Antriebs-Welle 1 a für das letztere, an der Welle 1 a montierte Gasturbinen- Schaufeln 6, den Rotor 1 umgebende bzw. aufnehmende Gehäuse(teile) 2 a und 2 b, aus einem porösen Metall herge­ stellte und radial in dem die Welle 1 a umgebenden Ge­ häuse(teil) 2 b angeordnete Gaslager 3 und 4, aus einem porösen Metall hergestellte und an Ober- und Unterseite der Gasturbinen-Schaufeln 6 im Gehäuse 2 b angeordnete Schub- oder Druck-Gaslager 5, eine das Gehäuse 2 b an einer Stelle hinter dem Gaslager 3 durchsetzende Gas­ einlaßbohrung 3 a, eine das Gehäuse 2 b an einer Stelle hinter dem Gaslager 4 durchsetzende Gaseinlaßbohrung 4 a, das Gehäuse 2 b an Stellen hinter den Gaslagern 5 durch­ setzende Gaseinlaßbohrungen 5 a, ein Dichtungselement 7 zur Trennung des Bereichs der Gaslagerteile von einer aus­ laßseitigen Vakuumkammer 8, einen am oberen Ende des Gehäuse(teils) 2 a angebrachten Deckel 9 mit einer darin ausgebildeten Lufteinlaßöffnung 9 a, ein Tragelement 10 zur drehbaren Halterung eines sphärischen oder kugeligen Körpers 10 a eines oberen Notlagers und eine Mutter 11 zur Befestigung des Tragelements 10 am Deckel 9, wobei der drehbar vom Tragelement 10 getragene sphärische Körper 10 a einem konkaven Teil bzw. einer Ausnehmung in der oberen Stirnfläche des Rotors 1 zugewandt ist. Weiterhin ist an der Unterseite des Gehäuses 2 b ein zy­ lindrisches Gehäuse 13 befestigt, in das ein Kugelkörper- Tragelement 12 zur Halterung eines unteren Notlagers lot­ recht verschiebbar eingesetzt ist. Das Tragelement 12 trägt dabei einen drehbaren sphärischen Körper 10 b (als unteres Notlager). Die sphärischen Körper 10 a und 10 b stehen nor­ malerweise nicht in Lagerungsberührung mit dem Rotor 1.

Zwischen das Tragelement 12 und den Boden des zylindrischen Gehäuses 13 ist eine Feder 14 eingefügt. Eine Gasspeise­ öffnung 15 dient zur Einführung eines Gases des gleichen Drucks wie der des den Gaslagern 3-5 zugeführten Gases in den Oberteil des zylindrischen Gehäuses 13, so daß bei der Einführung des Gases mit diesem Druck in den Oberteil des Gehäuses 13 das Tragelement 12 gegen die Kraft der Feder 14 herabgedrückt wird und der sphärische Körper 10 b einem (einer) in der unteren Stirnfläche der Welle 1 a aus­ gebildeten konkaven Abschnitt oder Ausnehmung gegenübersteht, ohne mit der Welle 1 a in Berührung zu stehen.

Die Turbomolekularpumpe gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt: Normalerweise wird ein Gas durch die Gaseinlaßbohrungen 3 a, 4 a und 5 a sowie die aus porösem Metall bestehenden Gaslager 3, 4 und 5 in das Gehäuse 2 b eingeblasen, um damit Welle 1 a und Rotor 1 für Drehung zu lagern, wobei das Gas eine nicht dargestellte, im Gehäuse 2 b ausgebildete Turbinen-Gasspeisebohrung, die Gasturbinen-Schaufeln (den Schaufelkranz) 6 und eine nicht dargestellte, im Gehäuse 2 b ausgebildete Turbinen-Gasauslaßbohrung durchströmt, so daß Welle 1 a und Rotor 1 mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt werden und damit eine Absaugwirkung in Richtung der Pfeile A 1- A 2 erzeugt wird, die einen Bereich hohen Vakuums an der Seite des Pfeils A 1 herbeiführt. Dabei ist der sphärische Körper 10 a des oberen Notlagers der Ausnehmung in der oberen Stirnfläche des Rotors be­ rührungsfrei zugewandt, während der sphärische Körper 10 b des unteren Notlagers der Ausnehmung in der unteren Stirn­ fläche der Welle 1 a zugewandt ist, ohne mit letzterer in Berührung zu gelangen. Die sphärischen Körper 10 a, 10 b dienen somit normalerweise nicht zur Lagerung des Rotors 1. Falls jedoch aus irgendeinem Grund der Druck des den Gaslagern 3-5 zugeführten Gases abfällt oder die Gasspeiseleitung bricht und damit die Gaslager ihre Trag­ fähigkeit verlieren, sinkt auch der Druck des in den Ober­ teil des zylindrischen Gehäuses 13 eingeführten Gases, mit dem Ergebnis, daß das den sphärischen Körper 10 b tragende Tragelement 12 durch die Feder 14 hochgedrückt wird und den sphärischen Körper 10 b in die Ausnehmung in der unteren Stirnfläche der Antriebs-Welle 1 a hineindrückt; hierdurch werden Welle 1 a und Rotor 1 so nach oben gedrückt, daß auch der sphärische Körper 10 a in der Aus­ nehmung in der oberen Stirnfläche des Rotors 1 mit diesem in Berührung gelangt und letzterer mit der Welle 1 a somit durch die sphärischen Körper 10 a, 10 b für eine Drehung gelagert wird. Infolgedessen kommen Welle 1 a und Rotor 1 nicht mit den Gaslagern 3-5 in Berührung.

In diesem Zustand wird die Drehung von Rotor 1 und Welle 1 a eingehalten. Nach Wiederherstellung des normalen Betriebszustands des Gasspeisesystems für die Gaslager 3-5 können Rotor 1 und Welle 1 a wieder in Drehung versetzt werden.

Vorteilhaft an der Erfindung ist somit, daß die Turbo­ molekularpumpe mit Notlagern in Form von sphärischen Körpern (Kugeln) versehen ist, die den oberen und unteren Enden eines Rotors normalerweise berührungsfrei gegenüberstehen und die von entsprechenden, in den die rotierenden Teile umgebenden Gehäuse(teile) eingesetzten Tragelementen getragen werden. Wenn hierbei die Gaslager der Pumpe unter Verlust ihrer Tragfähigkeit ausfallen, kommen die sphärischen Körper in vorteilhafter Weise mit oberen und unteren Enden des Rotors in Berührung, während die Gaslager außer Berührung mit dem Rotor (den rotierenden Teilen) bleiben und mithin eine Be­ schädigung (oder Zerstörung) des Rotors und der Gaslager, wie dies bei der bisherigen Konstruktion häufig vorkommt, vermieden wird.

Claims (1)

1. Turbomolekularpumpe mit einem gelagerten Rotor und einem oberen sowie einem unteren Notlager, welche in den Rotor umgebende Gehäuseteile (2 a, 2 b) einge setzt sind und den Rotor (1) im Notfall zu lagern vermögen, dadurch gekennzeichnet, daß für einen in Gaslagern (3, 4, 5) gelagerten Rotor (1) jedes der Notlager einen sphärischen Körper (10 a, 10 b) sowie Tragelemente (10, 12) zur drehbaren Halterung der sphärischen Körper (10 a, 10 b) umfaßt,
   daß die sphärischen Körper (10 a, 10 b) jeweils einem konkaven Teil in der oberen bzw. der unteren Stirnfläche des Rotors (1) gegenüberstehen und
   daß das untere Notlager zusätzlich ein am Boden des Pumpengehäuses befestigtes zylindrisches Gehäuse (13), eine zwischen dem zugehörigen Tragelement (12) und dem Boden des zylindrischen Gehäuses (13) angeordnete Feder (14) sowie eine Gasspeiseöffnung (15) aufweist, wobei über die Gasspeiseöffnung (15) Gas mit demselben Druck wie dem des den Gaslagern zugeführten Gases zuführbar ist und wobei der untere Teil des Tragelementes (12) einen Kolben in dem zylindrischen Gehäuse (13) bildet.