EP2375074A2 - Rotor für eine Vakuumpumpe - Google Patents

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EP2375074A2
EP2375074A2 EP11001295A EP11001295A EP2375074A2 EP 2375074 A2 EP2375074 A2 EP 2375074A2 EP 11001295 A EP11001295 A EP 11001295A EP 11001295 A EP11001295 A EP 11001295A EP 2375074 A2 EP2375074 A2 EP 2375074A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
vacuum pump
plate
piston
pump according
Prior art date
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Application number
EP11001295A
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English (en)
French (fr)
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EP2375074B1 (de
EP2375074A3 (de
Inventor
Sebastian Oberbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication of EP2375074A3 publication Critical patent/EP2375074A3/de
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Publication of EP2375074B1 publication Critical patent/EP2375074B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/126—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a vacuum pump according to the preamble of the first claim.
  • Roots pumps and screw pumps have been successful on the market for decades and have become indispensable in vacuum generation.
  • the use in metallurgy, vacuum drying and chemical engineering may be mentioned here.
  • both types of pumps usually two shafts are used, on each of which a piston is arranged.
  • gas is displaced and thus achieved the pumping action.
  • the pistons for this type of pumps are cast from a metal alloy, as for example in the introduction of DE 40 30 702 A1 is described. They are characterized by a high mass relative to the piston volume. The resulting high moments of inertia require high drive power of the pump and lead to high bearing loads.
  • the solution described in the aforementioned patent document, the rotor to reduce weight from slices, has not prevailed. This may be due to disadvantages such as the risk of virtual leaks in the space between the panes and the effort required to ensure mechanical stability.
  • the features defined in the claims lead to a piston with a very good mass to volume ratio, whereby advantageous moments of inertia are achieved.
  • the construction with a jacket body allows comparatively thin-walled pistons.
  • the cost of materials is low, also come cheap manufacturing processes are used, so that a favorable manufacturability is achieved.
  • the necessary drive power is reduced, as well as the load on the bearings.
  • the proposed measures enable higher speeds, resulting in more compact vacuum pumps, which have a higher pumping speed per pump volume.
  • the construction with lower masses and less massive components also has an advantageous effect in the case of rotor-rotor or rotor-housing contact.
  • Fig. 1 is a section through a Roots vacuum pump, hereinafter Roots pump shown.
  • the Roots pump has a first rotor 10 and a second rotor 12. These are rotatably mounted in bearings 20, 22 and 24, 26.
  • a gear chamber 6 associated with the rotors synchronization gears 30 and 32 are arranged, which generate a synchronous rotation in the opposite direction of rotation and cause a contactless rolling of the rotors on each other.
  • One of the rotors is driven via a magnetic coupling 34 by a motor 36 which is located in a drive section 8 of the housing.
  • the two rotors 10 and 12 have as Wälzkolbenprofil an approximately eight-shaped cross section, wherein each half of the. Eight corresponds to one wing. In its interior, the rotors are hollow, with the cross section of the cavity substantially following the octagonal cross section. In further developments, the rotors can also have more than two wings, for example three or four.
  • the in Fig. 3 section through one of the rotors along the axis shows its structure. It has a piston 38, with which the pumping action is achieved. At the opposite end faces shaft journals 50 and 52 are provided, which are supported by the bearings of the Roots pump. Also drive, magnetic coupling, Sychronisationszahnzier and oil distribution discs are arranged on this shaft journal.
  • the piston is constructed of several parts which together define the cavity 54. These parts include the shell body 40, which is a cylinder with eight-shaped cross-section as in Fig. 2 and longitudinal axis along the axis of rotation 100 is designed.
  • This jacket body is preferably made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic (GRP) or aluminum.
  • the manufacture of the sheath body comprises, in the case of the first two materials, the winding of the fibers onto a shaped body.
  • the winding of the fibers onto a shaped body In the production of aluminum extrusion can advantageously be used, injection molding or die casting. With these materials, an advantageous ratio of wall thickness of the piston is achieved to volume. This results in low masses, high stability and cheap production.
  • the front side of the jacket body is closed by a first cover plate 42 and a second cover plate 44 on the opposite end side.
  • the transition from sheath body to cover plate is made vacuum-tight, so that a gas flow between the cavity 54 and the surroundings of the piston, i. et al the pump chamber, so far prevented that the vacuum data of the vacuum pump are not affected by gas escaping from the piston.
  • both cover plates are designed as composite components. Facing the cavity are respective closure plates 420 and 440. They are of the same material as the sheath body. Alternatively, different materials can be used in which case the thermal expansion properties must be taken into account. For example, a material with suitable thermal expansion can be used, ie the different expansion is such that it does not lead to tension that deforms the piston too much or even destroy. Too much deformation of the piston is given when the gaps between the pistons are consumed with each other or to the housing.
  • Transition plates 422 and 442 are connected to the closure plates. Their function is to create a transition between the shaft journal on the one hand and the closure plates on the other. Especially the use of CFRP or GFRP for sheath bodies and closure plates would require a direct transition to the metallic shaft journal. This is structurally difficult and is facilitated by the transition plates in an advantageous manner.
  • the transition plate can be connected by welding, soldering, pressing or shrinking with the shaft journal. For this purpose, it is advantageous to make the transition plate of a metal alloy.
  • the advantage of using shaft journals can be seen in the weight reduction and in the prevention of uneven thermal expansion of the sheath body and shaft.
  • a tie rod 56 may be provided which completely penetrates the cavity and with which the transition plates are pulled against each other and thus against the closure plates.
  • a support wall 70 is provided within the cavity, which may have one or more holes through which the tie rods passed through. This support wall reduces the deformation latitude for the sheath body and thereby enables low wall thicknesses of the sheath body.
  • the area of the piston with closure plate, shell body, transition plate and screw is in Fig. 4 shown in more detail again.
  • Sheath body 40 and closure plate 420 are connected to each other at connection 68.
  • the jacket body surrounds the closure plate in the radial direction.
  • the connection is made by gluing or by welding.
  • the transition plate 422 terminates flush with the sheath body in the radial direction. In this way dead spaces are prevented. Since differences in the temperature expansion behavior between transition plate and closure plate can not be excluded, it is advantageous to arrange the screw 60 floating. For this purpose, the screw is taken in a relative movements between the closure plate and transition plate zulendem element.
  • an elastomeric sealing ring 66 is located between the screw head and the transition plate.
  • the screw passes through a hole in the transition plate and is recessed.
  • the thread of the screw engages the thread of a glued threaded bushing 62.
  • the gap 64 around the screw shaft allows uneven expansion of the transition plate and the closure plate, with the screw head floating on the seal 66.
  • a continuous shaft can be used instead of two shaft journals. If such a continuous wave is used, care must be taken in a choice of materials of shaft and sheath body with different coefficients of thermal expansion, that stresses due to the uneven expansion be avoided. This is achieved, for example, by a floating design of the connection 68.
  • connection between 420 and 422 is to take place before the connection of the cover plate and the sheath body, it is advantageous to connect the end face 69 of the sheath body with the transition plate 422, for example by gluing or welding.
  • the sheath body and at least one closure plate can be made in one piece. As a result, tightness and stability are further improved.
  • the rotor can be designed by suitable shape of the jacket body as a screw pump rotor.
  • the cross section of the jacket body is adapted and provided for use along the rotor axis.
  • FIG. 5 A development of the rotor is in Fig. 5 shown in section along the axis of rotation.
  • the rotor 500 shown there is used in a two-stage vacuum pump.
  • the structure described below can easily be extended to more than two pump stages.
  • the rotor has first and second pistons 502 and 504.
  • the length L 1 of the first piston is greater than the length L 2 of the second piston.
  • the first piston is thus adapted for use in the high-vacuum side pumping stage of a two-stage vacuum pump.
  • the first piston has cover plates 520 and 526, each formed as a composite of a closure plate 522 and 528 with a transition plate 524 and 530 are. Between the cover plates, a jacket body 532 is arranged. The transition plate 530 is connected to a shaft journal 570, which is intended to be received in a bearing of the rotor.
  • the second piston has cover plates 540 and 546, which in turn are formed by a combination of a closure plate 542 and 548 with a transition plate 544 and 550. Between the cover plates, a jacket body 552 is provided. The transition plate 544 is connected to a shaft journal 560, which in turn is intended to be received in a bearing of the rotor.
  • Both pistons are connected by a shaft piece.
  • This shaft has sections 562 and 566.
  • the portion 562 is connected to the transition plate 550 of the second piston, the portion 566 to the transition plate 524 of the first piston.
  • Conceivable is a bond or a positive connections such as a dovetail.
  • the least misalignment indicates the in Fig. 5 shown solution.
  • the portion 562 has a projection 564 which engages a mating recess of the portion 566 and is secured by a pin 568.
  • the multi-stage rotor according to the embodiment is very well suited for the modular construction of a series of multi-stage pumps, because for different members common parts, such as shaft journals, cover plates, closure plates, shell body, etc. are used.

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Abstract

Offenbart wird ein Rotor (10,12;500) für eine Vakuumpumpe mit einem Kolben (38;502,504). Um ein verbessertes Verhältnis von Masse zu Volumen zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Kolben einen Mantelkörper (40;532,552) und eine mit einer Stirnseite des Mantelkörpers verbundene Deckplatte (42,44;520,526,540,546) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
  • Unter den Vakuumpumpen sind Wälzkolbenpumpen und Schraubenpumpen seit Jahrzehnten am Markt erfolgreich und aus der Vakuumerzeugung nicht mehr wegzudenken. Beispielhaft seien hier die Verwendung in Metallurgie, Vakuumtrocknung und Chemietechnik genannt. In beiden Pumpenarten kommen in der Regel zwei Wellen zum Einsatz, auf denen jeweils ein Kolben angeordnet ist. Durch Drehung der Wellen und Zusammenwirken der Kolben, beispielsweise durch Ineinanderkämmen, wird Gas verdrängt und damit die Pumpwirkung erzielt.
  • Konventionell werden die Kolben für diese Art Pumpen aus einer Metalllegierung gegossen, wie es beispielsweise in der Einleitung der DE 40 30 702 A1 beschrieben ist. Sie zeichnen sich demnach durch eine im Verhältnis zum Kolbenvolumen hohe Masse aus. Die hierdurch bedingten hohen Massenträgheitsmomente erfordern hohe Antriebsleistungen der Pumpe und führen zu hohen Lagerbelastungen. Die im vorgenannten Patentdokument beschriebene Lösung, den Rotor zur Gewichtsreduzierung aus Scheiben aufzubauen, hat sich nicht durchgesetzt. Dies dürfte an Nachteilen wie beispielsweise der Gefahr virtueller Lecks im Scheibenzwischenraum und dem Aufwand zur Sicherung der mechanischen Stabilität liegen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine Vakuumpumpe mit einem verbesserten Verhältnis von Volumen zu Masse vorzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die weiteren Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
  • Die in den Ansprüchen definierten Merkmale führen zu einem Kolben mit sehr gutem Verhältnis von Masse zu Volumen, wodurch vorteilhafte Massenträgheitsmomente erreicht werden. Die Bauweise mit einem Mantelkörper erlaubt vergleichsweise dünnwandige Kolben. Der Materialaufwand ist gering, zudem kommen günstige Fertigungsverfahren zum Einsatz, so dass eine günstige Herstellbarkeit erreicht wird. Die notwendige Antriebsleistung wird reduziert, ebenso die Belastung der Lager. Zudem ermöglichen die vorgestellten Maßnahmen höhere Drehzahlen, so dass kompaktere Vakuumpumpen entstehen, die ein höheres Saugvermögen pro Pumpenvolumen besitzen. Die Konstruktion mit geringeren Massen und weniger massiven Bauelementen wirkt sich außerdem vorteilhaft im Falle von Rotor-Rotor- oder Rotor-Gehäuse-Kontakt aus.
  • An Hand von Ausführungsbeispielen und deren Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Schnitt in Wellenrichtung durch eine Wälzkolbenvakuumpumpe,
    Fig. 2:
    Schnitt senkrecht zur Wellenrichtung durch eine Wälzkolbenvakuumpumpe entlang I-I',
    Fig. 3:
    Schnitt in Wellenrichtung durch einen Rotor für eine Wälzkolbenvakuumpumpe,
    Fig. 4:
    Teilschnitt durch die Deckplatte und den Mantelkörper,
    Fig. 5:
    Schnitt in Wellenrichtung durch einen Rotor für eine mehrstufige Wälzkolbenvakuumpumpe.
  • In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Wälzkolbenvakuumpumpe, nachfolgend Wälzkolbenpumpe, dargestellt. Im Gehäuse 2 der Wälzkolbenpumpe befindet sich der Schöpfraum 4. Die Wälzkolbenpumpe weist einen ersten Rotor 10 und einen zweiten Rotor 12 auf. Diese sind in Lagern 20, 22 und 24, 26 drehbar gelagert. In einem Getrieberaum 6 sind mit den Rotoren verbundene Synchronisationszahnräder 30 und 32 angeordnet, die eine synchrone Drehung in entgegengesetzem Drehsinn erzeugen und ein berührungsloses Abwälzen der Rotoren aufeinander bewirken. Einer der Rotoren wird über eine Magnetkupplung 34 von einem Motor 36 angetrieben, der sich in einem Antriebsabschnitt 8 des Gehäuses befindet.
  • Alternativ kann auf die Magnetkupplung verzichtet werden und ein direkter Antrieb des Rotors vorgesehen sein. Außerdem kann statt der mechanischen Synchronisation mit den Synchronisationszahnrädern eine elektrische Synchronisation vorgesehen sein, bei der dann jeder der beiden Rotoren von einem ihm zugeordneten Motor angetrieben wird.
  • Ein Schnitt durch die Wälzkolbenpumpe entlang der Linie I-I' ist in Fig. 2 dargestellt. Durch einen Gaseintrittsflansch 14 gelangt Gas aus dem hier nicht gezeigten Rezipienten in die Wälzkolbenpumpe. Dort wird es durch die gemäß Pfeilrichtung gegensinnig rotierenden Kolben gefördert, zwischenzeitlich in dem Schöpfraum 4 eingeschlossen und durch den Gasaustrittsflansch 16 ausgestoßen. Die beiden Rotoren 10 und 12 weisen als Wälzkolbenprofil einen in etwa achtförmigen Querschnitt auf, wobei je eine Hälfte der. Acht einem Flügel entspricht. In ihrem Inneren sind die Rotoren hohl, wobei der Querschnitt des Hohlraums im wesentlichen dem achtförmigen Querschnitt folgt. In Weiterbildungen können die Rotoren auch mehr als zwei Flügel aufweisen, beispielsweise drei oder vier.
  • Der in Fig. 3 gezeigte Schnitt durch einen der Rotoren entlang der Achse verdeutlicht seinen Aufbau. Er weist einen Kolben 38 auf, mit welchem die Pumpwirkung erzielt wird. An den sich gegenüberliegenden Stirnseiten sind Wellenzapfen 50 und 52 vorgesehen, welche von den Lagern der Wälzkolbenpumpe getragen werden. Auch Antrieb, Magnetkupplung, Sychronisationszahnräder und Ölverteilscheiben werden auf diesen Wellenzapfen angeordnet. Der Kolben ist aus mehreren Teilen aufgebaut, die zusammen den Hohlraum 54 begrenzen. Zu diesen Teilen gehört der Mantelkörper 40, der als Zylinder mit achtförmigen Querschnitt wie in Fig. 2 und Längsachse entlang der Rotationsachse 100 gestaltet ist. Dieser Mantelkörper ist vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder Aluminium hergestellt. Die Herstellung des Mantelkörpers umfasst bei den ersten beiden Stoffe das Wickeln der Fasern auf einen Formkörper. Bei der Herstellung aus Aluminium kann vorteilhaft Extrudieren, Spritzguss oder Druckguss zum Einsatz kommen. Mit diesen Werkstoffen wird ein vorteilhaftes Verhältnis von Wandstärke des Kolbens zu Volumen erreicht. Dadurch ergeben sich geringe Massen, hohe Stabilität und günstige Herstellung.
  • Stirnseitig wird der Mantelkörper von einer ersten Deckplatte 42 und einer zweiten Deckplatte 44 an der gegenüberliegenden Stirnseite verschlossen. Vorzugsweise ist der Übergang von Mantelkörper zu Deckplatte vakuumdicht ausgeführt, so dass ein Gasfluss zwischen Hohlraum 54 und Umgebung des Kolbens, d.h. u.a. dem Schöpfraum, soweit unterbunden ist, dass die Vakuumdaten der Vakuumpumpe nicht durch aus dem Kolben austretendes Gas beeinträchtigt werden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide Deckplatten als Verbundbauteile ausgeführt. Dem Hohlraum zugewandt sind jeweils Verschlussplatten 420 und 440. Sie sind aus dem gleichen Material wie der Mantelkörper. Alternativ können unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, wobei dann die Wärmeausdehnungseigenschaften berücksichtig werden müssen. Beispielsweise kann ein Material mit passender Wärmeausdehnung zum Einsatz kommen, d.h. die unterschiedliche Ausdehnung ist derart, dass sie nicht zu Verspannungen führt, welche den Kolben zu stark verformen oder sogar zerstören. Eine zu starke Verformung des Kolbens ist gegeben, wenn die Spalte zwischen den Kolben untereinander oder zum Gehäuse aufgezehrt sind.
  • Mit den Verschlussplatten sind Übergangsplatten 422 und 442 verbunden. Deren Funktion ist es, einen Übergang zwischen den Wellenzapfen einerseits und den Verschlussplatten andererseits zu schaffen. Gerade der Einsatz von CFK oder GFK für Mantelkörper und Verschlussplatten würde eine direkten Übergang zum metallischen Wellenzapfen erfordern. Dies ist konstruktiv schwierig und wird durch die Übergangsplatten in vorteilhafter Weise erleichtert. Die Übergangsplatte kann durch Schweißen, Löten, Pressen oder Schrumpfen mit dem Wellenzapfen verbunden werden. Hierzu ist es vorteilhaft, die Übergangsplatte aus einer Metalllegierung zu gestalten. Der Vorteil des Einsatzes von Wellenzapfen ist in der Gewichtsreduzierung und in der Vermeidung ungleicher Wärmeausdehung von Mantelkörper und Welle zu sehen.
  • Zwei vorteilhafte Arten der Verbindung zwischen Übergangsplatte und Verschlussplatte sind in Fig. 3 gezeigt. Eine oder mehrere Schrauben 60 stellen eine direkte Verbindung her. Alternativ oder zusätzlich kann ein Zuganker 56 vorgesehen sein, der den Hohlraum komplett durchsetzt und mit dem die Übergangsplatten gegeneinander und damit auch gegen die Verschlussplatten gezogen werden.
  • In einer Weiterbildung ist innerhalb des Hohlraums eine Stützwand 70 vorgesehen, welche eine oder mehrere Bohrungen besitzen kann, durch die die Zuganker hindurchgeführt sind. Diese Stützwand reduziert den Verformungsspielraum für den Mantelkörper und ermöglicht dadurch geringe Wandstärken des Mantelkörpers.
  • Der Bereich des Kolbens mit Verschlussplatte, Mantelkörper, Übergangsplatte und Schraube ist in Fig. 4 nochmals detaillierter dargestellt. Mantelkörper 40 und Verschlussplatte 420 sind an der Verbindung 68 miteinander verbunden. Vorteilhaft umgibt der Mantelkörper dabei die Verschlussplatte in radialer Richtung. Die Verbindung erfolgt durch Kleben oder durch Schweißen. Die Übergangsplatte 422 schließt in radialer Richtung bündig mit dem Mantelkörper ab. Auf diese Weise werden Toträume verhindert. Da Unterschiede im Temperaturausdehungsverhalten zwischen Übergangsplatte und Verschlussplatte nicht ausgeschlossen werden können, ist es vorteilhaft, die Schraube 60 schwimmend anzuordnen. Hierzu ist die Schraube in einem Relativbewegungen zwischen Verschlussplatte und Übergangsplatte erlaubendem Element gefasst. In einfacher, kostengünstiger und zudem vakuumdichter Weise gelingt dies, in dem ein elastomerer Dichtring 66 zwischen dem Schraubenkopf und der Übergangsplatte liegt. Die Schraube durchsetzt eine Bohrung in der Übergangsplatte und ist vertieft angeordnet. In der Verschlussplatte greift das Gewinde der Schraube in das Gewinde einer eingeklebten Gewindebuchse 62. Der Spalt 64 um den Schraubenschaft erlaubt eine ungleichmäßige Ausdehung von Übergangsplatte und Verschlussplatte, wobei der Schraubenkopf auf der Dichtung 66 schwimmt.
  • Einige weitere, vorteilhafte Weiterbildungen des vorstehend beschriebenen Beispiels sind denkbar.
  • Anstelle zweier Wellenzapfen kann eine durchgehende Welle verwendet werden. Wird eine solche durchgehende Welle verwendet, ist bei einer Wahl der Materialien von Welle und Mantelkörper mit unterschiedlichen Wärmeausdehungskoeffizienten dafür Sorge zu tragen, dass Spannungen durch die ungleiche Ausdehnung vermieden werden. Dies gelingt beispielsweise durch eine schwimmende Gestaltung der Verbindung 68.
  • Wenn die Verbindung zwischen 420 und 422 vor Verbindung von Deckplatte und Mantelkörper erfolgen soll, ist es vorteilhaft, die Stirnseite 69 des Mantelkörpers mit der Übergangsplatte 422 zu verbinden, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen.
  • Gemäß einer Weiterbildung können Mantelkörper und wenigstens eine Verschlussplatte aus einem Stück gefertigt sein. Hierdurch werden Dichtheit und Stabilität weiter verbessert.
  • Der Rotor kann durch geeignete Form des Mantelkörpers als Schraubenpumpenrotor gestaltet werden. Hierzu wird der Querschnitt des Mantelkörpers angepasst und eine Verwendelung entlang der Rotorachse vorgesehen.
  • Eine Weiterbildung des Rotors ist in Fig. 5 im Schnitt entlang der Drehachse gezeigt. Der dort gezeigte Rotor 500 findet in einer zweistufigen Vakuumpumpe Verwendung. Der nachfolgend beschriebene Aufbau lässt sich leicht auf mehr als zwei Pumpstufen erweitern.
  • Der Rotor weist einen ersten und einen zweiten Kolben 502 und 504 auf. Die Länge L1 des ersten Kolben ist größer als die Länge L2 des zweiten Kolbens. Der erste Kolben ist somit für die Verwendung in der hochvakuumseitigen Pumpstufe einer zweistufigen Vakuumpumpe angepasst.
  • Der erste Kolben weist Deckplatten 520 und 526 auf, die jeweils als Verbund aus einer Verschlussplatte 522 und 528 mit einer Übergangsplatte 524 und 530 gestaltet sind. Zwischen den Deckplatten ist ein Mantelkörper 532 angeordnet. Die Übergangsplatte 530 ist mit einem Wellenzapfen 570 verbunden, der zur Aufnahme in einer Lagerung des Rotors vorgesehen ist.
  • Analog zum ersten Kolben weist der zweite Kolben Deckplatten 540 und 546 auf, die ihrerseits durch einen Verbund aus einer Verschlussplatte 542 und 548 mit einer Übergangsplatte 544 und 550 gebildet werden. Zwischen den Deckplatten ist ein Mantelkörper 552 vorgesehen. Die Übergangsplatte 544 ist mit einem Wellenzapfen 560 verbunden, der wiederum zur Aufnahme in einer Lagerung des Rotors vorgesehen ist.
  • Beiden Kolben sind durch ein Wellenstück miteinander verbunden. Dieses Wellenstück weist Abschnitte 562 und 566 auf. Der Abschnitt 562 ist mit der Übergangsplatte 550 des zweiten Kolbens, der Abschnitt 566 mit der Übergangsplatte 524 des ersten Kolbens verbunden. Die Verbindung der Abschnitte untereinander muss derart gestaltet sein, dass sie den durch Drehung des Rotors während des Betriebes der Vakuumpumpe entstehenden Drehmomenten standhält. Denkbar ist eine Verklebung oder eine formschlüssige Verbindungen wie ein Schwalbenschwanz. Den geringsten Fluchtungsfehler weist die in Fig. 5 gezeigte Lösung auf. Der Abschnitt 562 besitzt einen Vorsprung 564, der mit einer passenden Ausnehmung des Abschnitts 566 in Eingriff steht und mittels eines Stifts 568 gesichert ist. Der mehrstufige Rotor gemäß Ausführungsbeispiel ist sehr gut für den modularen Aufbau einer Baureihe von mehrstufigen Pumpen geeignet, denn für unterschiedliche Mitglieder können gemeinsame Teile, bspw. Wellenzapfen, Deckplatten, Verschlussplatten, Mantelkörper, usw. verwendet werden..

Claims (10)

  1. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe mit einem Kolben (38; 502, 504), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen Mantelkörper (40; 532, 552) und eine mit einer Stirnseite des Mantelkörpers verbundene Deckplatte (42, 44; 520, 526, 540, 546) aufweist.
  2. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (42, 44; 520, 526, 540, 546) eine Verschlussplatte (420, 440; 522, 528, 542, 548) und eine mit der Verschlussplatte verbundene Übergangsplatte (422, 442; 524, 530, 544, 550) umfasst.
  3. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Relativbewegungen zwischen Verschlussplatte und Übergangsplatte erlaubenden Element (66) gefasste Schraube (60) die Verschlussplatte (420, 440; 522, 528, 542, 548) und die Übergangsplatte (422, 442; 524, 530, 544, 550) miteinander verbindet.
  4. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verschlussplatte (420, 440; 522, 528, 542, 548) und Mantelkörper (40; 532, 552) vakuumdicht miteinander verbunden sind.
  5. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Verschlussplatte (420, 440; 522, 528, 542, 548) einen Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher derart nahe an dem des Materials des Mantelkörpers (40; 532, 552) liegt, dass kein Leckschlagen der Verbindung durch thermische Ausdehnung auftritt.
  6. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbestandteil der Übergangsplatte (422, 442; 524, 530, 544, 550) Metall und der Hauptbestandteil von Verschlussplatte (420, 440; 522, 528, 542, 548) und Mantelkörper (40) ein faserverstärkter Verbundwerkstoff ist.
  7. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Übergangsplatte (422, 442; 530, 544) ein Wellenzapfen (50, 52; 560, 570) verbunden ist.
  8. Rotor (10, 12; 500) für eine Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen zweiten Kolben (504) aufweist.
  9. Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Rotor (10, 12; 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  10. Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (40; 532; 552) im Querschnitt ein Wälzkolbenprofil aufweist.
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