DE4314419A1

DE4314419A1 - Reibungsvakuumpumpe mit Lagerabstützung

Info

Publication number: DE4314419A1
Application number: DE4314419A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Englaender
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1993-05-03
Publication date: 1994-11-10
Also published as: WO1994025759A1; DE59405313D1; US5662456A; JPH08512377A; EP0697068B1; EP0697068A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe mit einem Gehäuse, einem Rotor und einer Rotorlagerung, die sich im Gehäuse über einen hülsenförmigen Träger abstützt.

Zu den Reibungsvakuumpumpen gehören Gaede-Pumpen (in einem Gehäuse rotierender Zylinder mit Pumpspalt und zwischen Einlaß und Auslaß gelegenem Sperrspalt), Holweck-Pumpen (in einem Gehäuse rotierender Zylinder mit wendelförmigen, stator- oder rotorseitig angeordneten Nuten), Siegbahn-Pumpen (rotierende und stehende Ringscheiben mit spiralförmig gestalteten Nuten) und Turbomolekular-Pumpen, die mit Lauf- und Leitschaufeln ausgerüstet sind. Es ist bekannt, Reibungspumpen mit unter schiedlich gestalteten Pumpenabschnitten auszurüsten.

Die Pumpeigenschaften einer Reibungsvakuumpumpe hängen maßgeb lich vom Abstand der sich relativ zueinander bewegenden, pump aktiven Flächen ab. Je kleiner der Spalt ist, desto besser ist insbesondere die Kompression der jeweiligen Reibungspumpe. Beliebig klein kann der Spalt jedoch nicht gemacht werden, da geringfügige Schwingungen des Rotors zulässig sein müssen. Dieses gilt insbesondere für die Phase des Durchfahrens von Resonanzfrequenzen beim Hochfahren des Rotors auf seine Be triebsdrehzahl.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Reibungsvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art die Abstützung der Rotorlagerung im Gehäuse derart zu gestalten, daß trotz einer Schwingungen des rotierenden System zulassenden Abstützung optimal kleine Abstände zwischen den pumpaktiven Flächen gewählt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich der hülsenförmige Träger, auf den sich die Rotorlagerung abstützt, seinerseits über mehrere, vorzugsweise drei, sich im wesent lichen axial erstreckende Stäbe im Gehäuse abstützt. Bei einem in dieser Weise im Gehäuse aufgehängten Rotor sind die Schwin gungen, die der Rotor noch ausführen kann, zwangsgeführt, und zwar in radialer Richtung. Axial gerichtete Bewegungskomponen ten des Rotors sind selbst bei relativ kurzen Stäben praktisch gleich null. Radial sich erstreckende Spalte zwischen pumpak tiven Flächen können deshalb optimal klein gestaltet werden. Nur bei axial gerichteten Spalten müssen noch die Radial schwingungen des Rotors berücksichtigt werden.

Zur Dämpfung und zur Reduzierung der radialen Schwingungsam plituden des Rotors ist es zweckmäßig, eine Dämpfung vorzuse hen. Diese besteht vorteilhafterweise aus einem O-Ring, der sich zwischen dem hülsenförmigen Träger und einem Gehäuseteil befindet. Die maximale Schwingungsamplitude des Rotors ist dadurch festgelegt. Die axial gerichteten Spalte müssen derart gewählt werden, daß sie diese geringfügigen, maximal noch möglichen Schwingungen zulassen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläu tert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als Turbomolekular vakuumpumpe ausgebildete Reibungsvakuumpumpe mit einer Rotoraufhängung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele für Reibungsvakuumpumpen mit der erfindungsgemäßen Rotoraufhängung.

In den Ausführungsbeispielen sind die verschiedenen Reibungs vakuumpumpen jeweils allgemein mit 1, ihr Gehäuse mit 2 und der obere, zylindrisch gestaltete Gehäuseabschnitt mit 3 bezeich net. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 3 zentriert den Stator 4, der eine Mehrzahl von Statorringen 5, 6 und 7 umfaßt. Der Rotor 8 ist in den Lagern 9 gelagert. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Lager 9 als Wälzlager ausgebil det. Auch Magnetlager oder Gleitlager können an diesen Stellen eingesetzt werden. Der Antriebsmotor ist mit 11 bezeichnet. Während des Betriebs der Pumpe ist an den Einlaßflansch 12 ein zu evakuierender Rezipient angeschlossen. Infolge der Drehung des Rotors 8 werden die Gase zum Auslaß 13 gefördert, an den eine Vorvakuumpumpe angeschlossen ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Turbomolekular vakuumpumpe. Die Statorringe 5 tragen jeweils nach innen gerichtete Statorschaufeln 14, denen am Rotor 8 befestigte Rotorschaufeln 15 zugeordnet sind. Der Rotor 8 stützt sich über eine Welle 16 in den Rotorlagern 9 ab.

Die erfindungsgemäße Rotorabstützung umfaßt den hülsenförmigen Träger 21, dessen oberes Ende mit einem Kragen 22 ausgerüstet ist. Das untere Ende des Trägers 21 ragt in eine Ausnehmung 23 eines Gehäusebauteiles 24 hinein, welche nur einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Außendurchmessers des Trägers 21. Ein O-Ring 25 zwischen dem Träger 21 und der Innenseite der Ausnehmung 23 sichert zum einen die zentrische Position des Trägers 21 und dient zum anderen als Dämpfungselement.

Zur Abstützung des Trägers 21 im Gehäuse 2 sind mehrere vor zugsweise drei im wesentlichen sich axial erstreckende Stäbe 26 vorgesehen, die am Kragen 22 und am Gehäusebauteil 24 befestigt sind. Führt eine in dieser Weise aufgehängter Rotor 8 infolge von Stößen oder beim Durchfahren von Resonanzen Schwingungen aus, dann sind diese Schwingungen zwangsgeführt und praktisch ausschließlich radial gerichtet. Beim Auftreten von Rotor schwingungen findet nur eine radial gerichtete Parallelver schiebung des Rotors statt. Radial gerichtete Spalte zwischen den Stator- und Rotorschaufeln 14, 15 können optimal klein gehalten werden. Bei der Bemessung der radial gerichteten Spalte zwischen den Statorschaufeln 14 und dem Rotor 8 einer seits bzw. den Laufschaufeln 15 und dem Stator 4 andererseits sind nur noch die geringfügigen Radialschwingungen des Rotors zu berücksichtigen. Die Amplitude dieser Schwingungen hängt von der Bemessung des Dämpfungselementes 25 ab.

Die Stäbe 26 - vorzugsweise drei - bestehen zweckmäßig aus Metall und haben eine der Maschinendynamik angepaßte Steifig keit über die Länge und den Stabdurchmesser. Bei Längen < 30 mm treten axial gerichtete Schwingungskomponenten des Rotors 8 im Hinblick auf die geringen radialen Auslenkungen (< 0,2 mm) praktisch nicht auf.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei Pumpenab schnitte vorgesehen. Hochvakuumseitig sind Turbomolekularpum penstufen 14, 15 vorhanden. Daran schließt sich ein Siegbahn- Pumpenabschnitt an. Die einzelnen Siegbahn-Pumpenstufen beste hen aus Rotorringscheiben 16 und Statorringsscheiben 17. Die Statorringscheiben 17 werden von den Statorringen 6 getragen. Stirnseitig sind sie mit spiralförmigen Nuten 19 ausgerüstet. Die spiralförmige Gestaltung ist jeweils so gewählt, daß eine kontinuierliche Gasströmung vom Einlaß 12 zum Auslaß 13 si chergestellt ist, das heißt, daß beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel die oberhalb einer Statorringscheibe 17 befind lichen pumpaktiven Flächen der Siegbahn-Stufen die Gase von außen nach innen und die unterhalb einer Statorringscheibe 17 befindlichen pumpaktiven Flächen die Gase von innen nach außen fördern. Die axialen Spalte zwischen den Stator- und Rotor ringscheiben 16, 17 können - da der Rotor 8 axial gerichtete Schwingungen praktisch nicht ausführen kann - optimal klein gehalten werden. Die Pumpeigenschaften des Siegbahn-Pumpenabschnittes, insbesondere deren Kompression, sind dadurch ebenfalls optimal.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 schließt sich an den Turbomolekularpumpenabschnitt 14, 15 ein Holweck-Pumpenab schnitt an. Dieser umfaßt den zylindrischen Statorring 7, dessen Innenseite einem zylindrischen Rotorabschnitt 31 mit wendelförmigem Vorsprung 32 zugeordnet ist. Bei der Bemessung des zwischen den pumpaktiven Flächen befindlichen Axialspaltes müssen lediglich die sehr kleinen, radial gerichteten Schwin gungsamplituden des rotierenden Systems berücksichtigt werden.

Das Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 außerdem noch dadurch, daß anstelle einer Welle 16 ein gehäusefester Zapfen 33 vorgesehen ist, auf dem sich der Rotor 8 über die Lage 9 und den hülsenförmigen Träger 21 abstützt. Die Stäbe 26 erstrecken sich zwischen einem Kragen 34 am oberen Ende des Zapfens 33 und einem nach innen gerichteten Rand 35 am unteren Ende des hülsenförmigen Trägers 21. Das Dämpfungselement 25 befindet sich zwischen dem hülsenförmigen Träger 21 und dem Kragen 34 des Zapfens 33. Bei einer Rotorabstützung dieser Art ist es außerdem erforderlich, daß der Antriebsmotor 11 als Außenläufer ausgebildet ist.

Claims

1. Reibungsvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (2, 3) einem Rotor (8) und einer Rotorlagerung (9), die sich im Gehäuse (2, 3) über einen hülsenförmigen Träger (21) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der hülsenförmige Träger (21) seinerseits über mehrere, vorzugsweise drei sich im wesentlichen axial erstreckende Stäbe (26) im Gehäuse (2, 3) abstützt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem hülsenförmigen Träger (21) eine Dämpfung (25) zugeordnet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung aus einem O-Ring (25) besteht, der zwischen dem hülsenförmigen Träger (21) und einem gehäusefesten Bauteil (24, 34) angeordnet ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (8) mit einer Welle (16) ausgerüstet ist, die sich über die Lager (9), den hülsenförmigen Träger (21) und die Stäbe (26) im Gehäuse (2, 3) abstützt.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Träger (21) auf einer Seite mit einem Kragen (22) ausgerüstet ist, der der Befestigung der Stäbe (26) dient.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kragen (22) gegenüberliegenden Stirnseite des hülsenför migen Trägers (21) die Dämpfung (25) zugeordnet ist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Kragen (22) gegenüberliegende Ende des hülsenförmigen Trägers in eine Ausnehmung (23) eines Gehäusebauteiles (24) hineinragt und daß ein zwischen dem Träger (21) und der Innenseite der Ausnehmung (23) befindlicher O-Ring (25) die Dämpfung bildet.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Rotor (8) über seine Lager (9), den hülsenförmigen Träger (21) und die Stäbe (26) auf einem feststehenden Zapfen (33) des Gehäuses (2) abstützt.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (33) mit einem Kragen (34) und der hülsenförmigen Träger (21) auf seiner dem Kragen (34) gegenüberliegenden Seite mit einem Innenrand (35) ausgerüstet ist und daß sich die Stäbe (26) zwischen Kragen (34) und Innenrand (35) erstrecken.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Träger (21) den Kragen (34) umgibt und daß die von einem O-Ring (25) gebildete Dämpfung zwischen Kragen (34) und hülsenförmigen Träger (21) angeordnet ist.

11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie hochvakuumseitig als Turbomoleku larvakuumpumpe und vorvakuumseitig als Siegbahn-Pumpe ausgebildet ist.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß sie hochvakuumseitig als Turbomolekular pumpenstufe und vorvakuumseitig als Holweck-Pumpe aus ge bildet ist.