EP2706237A2 - Vakuumpumpe - Google Patents

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EP2706237A2
EP2706237A2 EP13175496.2A EP13175496A EP2706237A2 EP 2706237 A2 EP2706237 A2 EP 2706237A2 EP 13175496 A EP13175496 A EP 13175496A EP 2706237 A2 EP2706237 A2 EP 2706237A2
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
shaft
rotor shaft
vacuum pump
pin
Prior art date
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Granted
Application number
EP13175496.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2706237A3 (de
EP2706237B1 (de
Inventor
Robert Watz
Bernhard Tatzber
Herbert Stammler
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
Publication of EP2706237A2 publication Critical patent/EP2706237A2/de
Publication of EP2706237A3 publication Critical patent/EP2706237A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2706237B1 publication Critical patent/EP2706237B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044—Holweck-type pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/266—Rotors specially for elastic fluids mounting compressor rotors on shafts
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    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36—Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump.
  • a vacuum pump for example a turbomolecular pump with a rotor having pump-active rotating components, and which is arranged on a rotor shaft.
  • These rotating pump-active components face stationary pump-active components, the so-called stator.
  • a rotation of the rotor is according to the prior art ( WO 2012/077411 A1 ) avoided.
  • this prior art it is known to provide a positive connection in which the rotor is to be fastened with a plurality of screws on the end face of the rotor shaft.
  • a rotation of the rotor and thus a release of the rotor is avoided by the shaft.
  • this belonging to the prior art embodiment has the disadvantage that the assembly is relatively complex and that, since several high-quality components are required in the form of screws, the pump is more expensive.
  • the technical problem underlying the invention is to provide a vacuum pump in which the disadvantages mentioned do not occur.
  • the vacuum pump according to the invention with at least one gas inlet opening and at least one gas outlet opening, wherein the vacuum pump has at least one rotor shaft on which at least one rotor with rotating pump-active components facing stationary pump-active components is fastened with at least one fastening element arranged centrally in or on the rotor shaft, characterized in that the at least one Rotor and the rotor shaft in addition to the at least one fastening element have a rotation.
  • the rotation can be constructed and designed in the simplest manner, so that an inexpensive solution to avoid rotation of the rotor relative to the rotor shaft and thus a release of the at least one centrally arranged in or on the rotor shaft fastener is avoided.
  • the anti-rotation device is arranged on a centering pin of the rotor.
  • the centering pin is easily accessible anyway for the centrally arranged fastener during assembly, so that the arrangement of the rotation in the centering is useful.
  • the centering pin is arranged on the rotor shaft and engages in a bore of the rotor.
  • centering pin is arranged on the rotor, which then in turn engages in a corresponding recess of the rotor shaft.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the rotation is formed as at least one through or into the rotor shaft and through or into the rotor or through or in the rotor pin engaging pin.
  • Such a pen is very inexpensive to design.
  • no high demands are made on the pin to a precision fit, since the rotation of the rotor relative to the rotor shaft is also avoided when the pin holds the rotor shaft and the rotor with a certain play in a certain position to each other.
  • the at least one pin is arranged axially or radially. In principle, there is also the possibility that the pin is arranged obliquely radially.
  • the pin is arranged in a groove or in a bore of the centering pin of the rotor.
  • the pin engages with one end in the groove or in the bore and with its other end in a groove or bore of the rotor shaft.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a friction ring is provided as anti-rotation.
  • the friction ring has a higher coefficient of friction than that achieved directly between the rotor components becomes.
  • the friction ring is arranged between the rotor and the rotor shaft, preferably between the end face of the shaft and an aligned in the direction of the end face of the shaft surface of the centering pin of the rotor. This embodiment ensures that a rotation between the rotor and the rotor shaft is avoided without having to change the rotor or the rotor shaft structurally.
  • connection or stop surface between the rotor and shaft is coated on one or both sides to increase the coefficient of friction.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that in a contact surface between the rotor and rotor shaft in the rotor or in the rotor shaft, at least one projection is arranged, which is formed as a projection which causes a plastic deformation in the opposing component.
  • a projection may for example be a so-called grain point.
  • This grain point is formed from the material, for example the rotor.
  • the Grain point then creates a plastic deformation in the rotor.
  • the rotor and the rotor shaft consist of different materials.
  • the grain point is then introduced into the material, which has the higher strength, ie a higher yield strength R e . In this case, the at least one grain point presses into the softer counter material.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that in the rotor shaft or in the rotor in the radial direction a projection is arranged and that in the rotor or in the rotor shaft, a projection receiving the form-fitting recess is arranged.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that in the rotor shaft or the rotor in the radial direction a projection is arranged, and that in the rotor or the rotor shaft, a projection receiving the form-fitting recess is arranged.
  • a projection is arranged in the rotor shaft or the rotor in the radial direction
  • a projection receiving the form-fitting recess is arranged in this embodiment.
  • Fig. 1 shows a turbomolecular pump.
  • a shaft 232 In a housing part 260, a shaft 232, surrounding a backup bearing 295, a radial bearing coil 291, a radial sensor 293 and a motor coil 261 are arranged.
  • the motor coil 261 cooperates with the motor magnet 262 located on the shaft 232 and secured by a sleeve 263, so that when the motor coil 261 is energized, the shaft 232 is set in rapid rotation.
  • the radial sensor 293 cooperates with the shaft-side radial target target 294.
  • the turbomolecular pump facing the fore-vacuum has a Holweckstator 228, in which run helical channels, which cooperate with the sleeve 227 arranged on the rotor and together form a Holweckcut 226.
  • stator disks 212, 216, 220 and 224 provided with blade rings which are axially spaced by spacer rings 213, 217, 221 and 225 arranged between them.
  • the pump structures formed as rotor blade rings 211, 215, 219 and 223 are immersed.
  • Dormant and rotor-side pump structures interact in pairs.
  • the rotor blade ring 211 together with the stator disk 212 together form the pumping stage 210 facing the chamber and working in a high vacuum.
  • the subsequent second pumping stage 214, stator disk 220 and rotor blade ring 219 form the third pumping stage 218 and finally the stator disk 224 and the rotor blade ring 223 the at the transfer pressure to Holweckhave operating fourth pumping stage 222.
  • the rotor blade rings are each arranged in axially spaced-apart planes 250, 251, 252 and 253, the mounting portion of the rotor sleeve forms the plane 254th
  • the rotor-side pumping structures in the form of the rotor blade rings 219 and 223 are arranged on the first rotor part 201 and form with this a one-piece body.
  • the rotor sleeve 227 is connected to the first rotor part.
  • the first rotor part has a recess 230 in its center. This axially and radially extending from the center cavity takes the backup bearing 295 at least partially.
  • the first rotor part 201 is connected to a fastening element, in the example of a screw 280 with the end face 258 of the rotor shaft 232.
  • the shaft 232 has a recess with which a pin 289 of the first rotor member 201 is engaged, whereby the radial positioning is simplified.
  • the first rotor part 201 according to the embodiment has a support portion 201a. This extends from the first rotor part 201 axially in the direction of high vacuum, ie in the direction away from the shaft 232. On this support portion, a support ring 208 is arranged, with which the rotor blade ring 211 is connected. Another support ring 209 and the rotor blade ring 215 are also connected together.
  • the support rings with rotor blade ring are inexpensive to produce.
  • balancing bores 270 are provided in the balancing weights 271 can be used.
  • balancing weights 273 272 can be arranged in balancing bores.
  • a pin 281 is provided as anti-rotation, which is arranged with one end in the rotor part 201 and with its other end in the shaft 232. Since it radially spaced from the centrally located Screw 280 is disposed, it prevents the rotation of the rotor member 201 relative to the shaft 232.
  • Fig. 2a shows the rotor shaft 232 to which by means of the screw 280, a rotor part 201 is attached.
  • the pin 281 prevents the rotation of the rotor part 201 relative to the rotor shaft 232.
  • FIG. 2b An axial bore 300 is arranged in the centering pin 289. In the shaft 232, a bore 301 is also provided. The pin 281, the in Fig. 2b is not shown, engages with its ends in the holes 300 and 301.
  • the Fig. 3a and 3b show the rotor shaft 232, in turn, the bore 301 is arranged.
  • the centering pin 289 of the rotor 201 has a groove 302 instead of the bore.
  • the pin 281 is arranged with one end in the bore 301 of the rotor shaft 232 and with its other end in the groove 302 of the centering pin 289.
  • the embodiment with the groove 302 has over the embodiment with the bore has the advantage that the groove 302 makes it possible to build a statically determined fit system without adhering to very precise tolerances.
  • the radial centering of the rotor 201 and the rotor shaft 232 is taken over by the centering pin 289. Two more holes with pin that would need to be aligned would tense this solution depending on the existing tolerances and games and adversely affect.
  • the groove 302 ensures that the pin 281 alone ensures the rotational degree of freedom and does not affect the two radial degrees of freedom which are secured by the centering pin 289.
  • the pin 281 is arranged obliquely radially in a groove 303 of the centering pin 289 of the rotor part 201 and in a radially arranged bore 304 of the shaft 232.
  • the pin 281 is securely fixed by the centrifugal force.
  • the pin 281 is radially spaced outside the region of the centering pin 289 in a bore 305 of the rotor 201.
  • the corresponding counterbore 306 is disposed in the shaft 232.
  • the bore 305 is disposed in the outer abutment surface of the shaft 232 on the rotor 201.
  • the Fig. 6a and 6b show a further embodiment.
  • the pin 281 is inserted radially into the Rotorzentrierzapfen 289 and is thus arranged in the bore 307 of the Zentrierzapfens 289.
  • the other end of the pin 281 engages in a groove 308 of the shaft 232.
  • Fig. 7a and 7b show another embodiment.
  • a friction ring 309 is disposed between the centering pin 289 and an end face 258 of the shaft 232.
  • the screw 280 By the screw 280, the rotor part 200 is pressed with the shaft 232.
  • the friction ring 309 prevents rotation of the rotor part 201 relative to the shaft 232.
  • a grain point 311 is formed on a contact surface 310 of the shaft 232.
  • the grain point 311 rests on a contact surface 312 of the rotor part 201.
  • the shaft 232 is formed of a stronger material than the rotor part 201.
  • the shaft 232 has at its end a geometrical securing 313 projecting in the axial direction, whose counterpart 314 is arranged in the rotor part 201.
  • the axially protruding geometric fuse 313 has two projections 315a, 315b disposed in corresponding recesses 316a, 316b.
  • the centering pin 289 has a radially protruding shaped projection 317 which is disposed in a groove 318 of the rotor shaft 232.
  • a stopper (not shown) is provided in the groove 318 of the rotor shaft 232 so that rotation of the rotor member 201 relative to the shaft 232 is avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung und wenigstens einer Gasaustrittsöffnung, wobei die Vakuumpumpe wenigstens eine Rotorwelle aufweist, an der wenigstens ein Rotor mit rotierenden pumpaktiven Bauteilen, welche stehenden pumpaktiven Bauteilen gegenüber stehen, mit wenigstens einem in axialer Richtung zentral in oder an der Rotorwelle angeordneten Befestigungselement befestigt ist, wobei der wenigstens eine Rotor und die Rotorwelle zusätzlich zu dem wenigstens einen Befestigungselement eine Verdrehsicherung aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe.
  • Gemäß dem Stand der Technik ( DE 20 2005 019 644 U1 ) ist es bekannt, eine Vakuumpumpe, beispielsweise eine Turbomolekularpumpe mit einem Rotor, der pumpaktive rotierende Bauteile aufweist, und der auf einer Rotorwelle angeordnet ist, zu versehen. Diese rotierenden pumpaktiven Bauteile stehen stehenden pumpaktiven Bauteilen, dem so genannten Stator gegenüber.
  • Aus dem genannten Stand der Technik ist es bekannt, den glockenförmigen Rotor mittels einer Schraube mit der Stirnseite der Rotorwelle zu verbinden. Die Welle weist hierzu eine Ausnehmung auf, mit der ein Zapfen des Rotors in Eingriff steht.
  • Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass der Rotor sich gegenüber der Welle verdrehen kann, da die hier gezeigte Lösung ausschließlich auf einem Reibschluss basiert. Aus diesem Grunde kann eine Verdrehung bei Überlastung eintreten. Dies führt zu einem Lösen der Verbindung, so dass die geforderte Sicherheit der Verschraubung nicht gegeben ist.
  • Ein Lösen des Rotors im Betrieb führt zu einem Totalschaden der Pumpe.
  • Ein Verdrehen des Rotors wird gemäß dem Stand der Technik ( WO 2012/077411 A1 ) vermieden. Gemäß diesem Stand der Technik ist es bekannt, eine formschlüssige Verbindung vorzusehen, bei der der Rotor mit mehreren Schrauben an der Stirnseite der Rotorwelle zu befestigen ist. Hierdurch wird ein Verdrehen des Rotors und damit ein Lösen des Rotors von der Welle vermieden. Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, dass die Montage relativ aufwändig ist und dass, da mehrere hochwertige Bauteile in Form von Schrauben benötigt werden, die Pumpe verteuert wird.
  • Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vakuumpumpe anzugeben, bei der die genannten Nachteile nicht auftreten.
  • Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung und wenigstens einer Gasaustrittsöffnung, wobei die Vakuumpumpe wenigstens eine Rotorwelle aufweist, an der wenigstens ein Rotor mit rotierenden pumpaktiven Bauteilen, welche stehenden pumpaktiven Bauteilen gegenüberstehen, mit wenigstens einem in axialer Richtung zentral in oder an der Rotorwelle angeordneten Befestigungselement befestigt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Rotor und die Rotorwelle zusätzlich zu dem wenigstens einen Befestigungselement eine Verdrehsicherung aufweisen.
  • Die Verdrehsicherung kann in einfachster Art und Weise konstruiert und ausgebildet sein, so dass eine preiswerte Lösung zur Vermeidung der Drehung des Rotors relativ zu der Rotorwelle und damit ein Lösen des wenigstens einen zentral in oder an der Rotorwelle angeordneten Befestigungselementes vermieden wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verdrehsicherung an einem Zentrierzapfen des Rotors angeordnet. Der Zentrierzapfen ist ohnehin für das zentral angeordnete Befestigungselement bei der Montage gut zugänglich, so dass die Anordnung der Verdrehsicherung in dem Zentrierzapfen sinnvoll ist.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass der Zentrierzapfen an der Rotorwelle angeordnet ist und in einer Bohrung des Rotors eingreift.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Zentrierzapfen an dem Rotor angeordnet ist, der dann wiederum in einer entsprechenden Ausnehmung der Rotorwelle eingreift.
  • Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass keinerlei Zapfen an Rotor und Welle angeordnet ist. In diesem Fall kann eine Zentrierung durch ein oder mehrere zentrische oder exzentrische Formelemente wie Passstifte oder kombinierte Form- und Befestigungselemente wie Passschrauben erfolgen.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verdrehsicherung als wenigstens ein durch oder in die Rotorwelle und durch oder in den Rotor oder durch oder in den Rotorzapfen greifender Stift ausgebildet ist.
  • Ein derartiger Stift ist sehr preiswert auszugestalten. An den Stift werden darüber hinaus keine hohen Anforderungen an eine Passgenauigkeit gestellt, da die Verdrehung des Rotors relativ zu der Rotorwelle auch vermieden wird, wenn der Stift die Rotorwelle und den Rotor mit einem gewissen Spiel in einer gewissen Position zueinander hält.
  • Es besteht die Möglichkeit, dass der wenigstens eine Stift axial oder radial angeordnet ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Stift schräg radial angeordnet wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Stift in einer Nut oder in einer Bohrung des Zentrierzapfens des Rotors angeordnet. Der Stift greift mit einem Ende in die Nut oder in die Bohrung und mit seinem anderen Ende in eine Nut oder Bohrung der Rotorwelle.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Verdrehsicherung ein Reibring vorgesehen ist. Der Reibring weist durch eine entsprechende Materialwahl und/oder eine entsprechende Oberflächenbeschichtung gegenüber den beiden Rotorbestandteilen Rotor und Welle einen höheren Reibkoeffizienten auf, als derjenige, welcher direkt zwischen den Rotorbestandteilen erzielt wird. Der Reibring ist zwischen Rotor und Rotorwelle angeordnet, vorzugsweise zwischen der Stirnfläche der Welle und einer in Richtung der Stirnseite der Welle ausgerichteten Fläche des Zentrierzapfens des Rotors. Durch diese Ausführungsform ist gewährleistet, dass eine Verdrehung zwischen dem Rotor und der Rotorwelle vermieden wird, ohne den Rotor oder die Rotorwelle baulich verändern zu müssen.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Verbindungs- oder Anschlagfläche zwischen Rotor und Welle ein- oder beidseitig beschichtet ist zur Erhöhung des Reibkoeffizienten. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, auch ohne Reibring eine Verdrehsicherung zwischen Rotor und Rotorwelle zu erreichen.
  • Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit einen Reibring und eine einseitige oder beidseitige Beschichtung der Verbindungs- oder Anschlagfläche von Rotor und Rotorwelle vorzusehen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einer Berührungsfläche zwischen Rotor und Rotorwelle in dem Rotor oder in der Rotorwelle wenigstens ein Vorsprung angeordnet ist, der als ein eine plastische Verformung in dem gegenüberliegenden Bauteil hervorrufender Vorsprung ausgebildet ist. Ein derartiger Vorsprung kann beispielsweise ein so genannter Körnerpunkt sein. Dieser Körnerpunkt wird aus dem Material, beispielsweise des Rotors gebildet. Beim Verpressen des Rotors mit der Rotorwelle durch Anziehen des Befestigungselementes, beispielsweise der Befestigungsschraube erzeugt der Körnerpunkt eine plastische Verformung der anliegenden Fläche. Der Körnerpunkt kann in dem Rotor erzeugt werden und erzeugt dann eine Verformung in der Rotorwelle. Es ist auch möglich, den Körnerpunkt in der Rotorwelle zu erzeugen. Der Körnerpunkt erzeugt dann eine plastische Verformung in dem Rotor. Bei Ausbildung eines oder mehrerer Körnerpunkte ist es vorteilhaft, wenn der Rotor und die Rotorwelle aus verschiedenen Materialen bestehen. Der Körnerpunkt wird dann in das Material eingebracht, das die höhere Festigkeit aufweist, also eine höhere Streckgrenze Re. In diesem Fall drückt sich der wenigstens eine Körnerpunkt in das weichere Gegenmaterial.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der Rotorwelle oder in dem Rotor in radialer Richtung ein Vorsprung angeordnet ist und dass in dem Rotor oder in der Rotorwelle eine den Vorsprung formschlüssig aufnehmende Ausnehmung angeordnet ist.
  • Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, auf der Stirnfläche der Rotorwelle eine radial umlaufende Erhebung vorzusehen, die unterschiedliche Höhen aufweist. In dem Rotor ist die entsprechende gegenläufige Ausnehmung vorgesehen, die den Vorsprung der Rotorwelle aufnimmt. Hierdurch ist eine Verdrehsicherung gewährleistet.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der Rotorwelle oder dem Rotor in radialer Richtung ein Vorsprung angeordnet ist, und dass in dem Rotor oder der Rotorwelle eine den Vorsprung formschlüssig aufnehmende Ausnehmung angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist beispielsweise denkbar, an dem Zentrierzapfen des Rotors eine hervorstehende Nase vorzusehen, die in einer Nut der Rotorwelle angeordnet wird. Die Nase erfährt durch die Nut einen Anschlag, so dass eine Verdrehung des Rotors gegenüber der Rotorwelle verhindert wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer Rotor/Rotorwelleverbindung nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Turbomolekularpumpenrotor und den Antriebsbereich einer Turbomolekularpumpe gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 2a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem Stift;
    Fig. 2b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 3a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung gemäß einem geänderten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 3b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 4a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit schräg radial angeordnetem Stift;
    Fig. 4b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 5a
    einen Schnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung als geändertes Ausführungsbeispiel;
    Fig. 5b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 6a
    einen Schnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem radial angeordneten Stift;
    Fig. 6b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 7a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem Reibring;
    Fig. 7b
    einen Rotor, einen Reibring und eine Rotorwelle in nicht verbundenem Zustand in perspektivischer Ansicht;
    Fig. 8a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem Körnerpunkt;
    Fig. 8b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 9a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einer axial geometrischen Sicherung;
    Fig. 9b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
    Fig. 10a
    einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einer radial geometrischen Sicherung;
    Fig. 10b
    einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand.
  • Fig. 1 zeigt eine Turbomolekularpumpe. In einem Gehäuseteil 260 sind eine Welle 232, umgebend ein Fanglager 295, eine Radiallagerspule 291, ein Radialsensor 293 und eine Motorspule 261 angeordnet. Die Motorspule 261 wirkt mit dem auf der Welle 232 befindlichen und durch eine Hülse 263 gesicherten Motormagneten 262 zusammen, so dass bei Bestromung der Motorspule 261 die Welle 232 in schnelle Drehung versetzt wird. Der Radialsensor 293 wirkt mit dem wellenseitigen Radialsensortarget 294 zusammen.
  • Als ruhende Pumpstrukturen weist die Turbomolekularpumpe dem Vorvakuum zugewandt einen Holweckstator 228 auf, in welchem schraubenlinienartig Kanäle verlaufen, die mit der am Rotor angeordneten Hülse 227 zusammenwirken und zusammen eine Holweckstufe 226 bilden.
  • Weitere ruhende Pumpstrukturen sind die mit Schaufelkränzen versehenen Statorscheiben 212, 216, 220 und 224, welche durch zwischen ihnen angeordneten Distanzringen 213, 217, 221 und 225 axial beabstandet sind. In die axialen Zwischenräume zwischen den Statorscheiben 212, 216, 220 und 224 tauchen die als Rotorschaufelkränze 211, 215, 219 und 223 gestalteten Pumpstrukturen ein. Ruhende und rotorseitige Pumpstrukturen wirken paarweise zusammen. Der Rotorschaufelkranz 211 bildet mit der Statorscheibe 212 zusammen die erste der Kammer zugewandte und im Hochvakuum arbeitende Pumpstufe 210. Entsprechend bilden Statorscheibe 216 und Rotorschaufelkranz 215 die nachfolgende zweite Pumpstufe 214, Statorscheibe 220 und Rotorschaufelkranz 219 die dritte Pumpstufe 218 und schließlich Statorscheibe 224 und Rotorschaufelkranz 223 die am Übergabedruck zur Holweckstufe arbeitende vierte Pumpstufe 222. Die Rotorschaufelkränze sind jeweils in voneinander axial beabstandeten Ebenen 250, 251, 252 und 253 angeordnet, der Befestigungsbereich der Rotorhülse bildet die Ebene 254.
  • Die rotorseitigen Pumpstrukturen in Form der Rotorschaufelkränze 219 und 223 sind am ersten Rotorteil 201 angeordnet und bilden mit diesem einen einstückigen Körper. Die Rotorhülse 227 ist mit dem ersten Rotorteil verbunden. Das erste Rotorteil weist eine Ausnehmung 230 in ihrem Zentrum auf. Dieser sich axial und radial von der Mitte aus erstreckende Hohlraum nimmt das Fanglager 295 wenigstens teilweise auf.
  • Das erste Rotorteil 201 ist mit einem Befestigungselement, im Beispiel einer Schraube 280 mit der Stirnseite 258 der Rotorwelle 232 verbunden. Die Welle 232 weist eine Ausnehmung auf, mit der ein Zapfen 289 des ersten Rotorteiles 201 in Eingriff steht, wodurch die radiale Positionierung vereinfacht wird. Das erste Rotorteil 201 besitzt gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Trägerabschnitt 201a. Dieser erstreckt sich vom ersten Rotorteil 201 aus axial in Richtung Hochvakuum, also in die der Welle 232 abgewandten Richtung. Auf diesem Trägerabschnitt ist ein Tragring 208 angeordnet, mit welchem der Rotorschaufelkranz 211 verbunden ist. Ein weiterer Tragring 209 und der Rotorschaufelkranz 215 sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Tragringe mit Rotorschaufelkranz sind günstig herstellbar.
  • In dem stirnseitigen Trägerabschnitt 201a sind Wuchtbohrungen 270 vorgesehen, in die Wuchtgewichte 271 eingesetzt werden können. In den Rotorschaufelkränzen 219 und 223 können in Wuchtbohrungen 272 Wuchtgewichte 273 angeordnet werden.
  • Um eine Verdrehung des ersten Rotorteiles 201 gegenüber der Welle 232 zu verhindern, ist ein Stift 281 als Verdrehsicherung vorgesehen, der mit einem Ende in dem Rotorteil 201 angeordnet ist und mit seinem anderen Ende in der Welle 232. Da er radial beabstandet von der zentral angeordneten Schraube 280 angeordnet ist, verhindert er das Verdrehen des Rotorteiles 201 gegenüber der Welle 232.
  • Fig. 2a zeigt die Rotorwelle 232, an der mittels der Schraube 280 ein Rotorteil 201 befestigt ist. Der Stift 281 verhindert das Verdrehen des Rotorteiles 201 gegenüber der Rotorwelle 232.
  • Gemäß der Fig. 2b ist in dem Zentrierzapfen 289 eine axiale Bohrung 300 angeordnet. In der Welle 232 ist ebenfalls eine Bohrung 301 vorgesehen. Der Stift 281, der in Fig. 2b nicht dargestellt ist, greift mit seinen Enden in die Bohrungen 300 und 301.
  • Die Fig. 3a und 3b zeigen die Rotorwelle 232, in der wiederum die Bohrung 301 angeordnet ist. Der Zentrierzapfen 289 des Rotors 201 weist an Stelle der Bohrung jedoch eine Nut 302 auf. Der Stift 281 ist mit einem Ende in der Bohrung 301 der Rotorwelle 232 und mit seinem anderen Ende in der Nut 302 des Zentrierzapfens 289 angeordnet.
  • Die Ausführung mit der Nut 302 weist gegenüber der Ausführungsform mit der Bohrung den Vorteil auf, dass die Nut 302 es ermöglicht, ohne Einhaltung sehr genauer Toleranzen ein statisch bestimmtes Passungssystem aufzubauen. Die radiale Zentrierung des Rotors 201 und der Rotorwelle 232 wird von dem Zentrierzapfen 289 übernommen. zwei weitere Bohrungen mit Stift, die fluchten müssten, würden diese Lösung je nach den vorhandenen Toleranzen und Spielen verspannen und negativ beeinflussen.
  • Die Nut 302 sorgt dafür, dass der Stift 281 alleine den rotatorischen Freiheitsgrad sichert und die beiden radialen Freiheitsgrade, welche durch den Zentrierzapfen 289 gesichert werden, nicht beeinflusst.
  • Gemäß den Fig. 4a und 4b ist der Stift 281 schräg radial in einer Nut 303 des Zentrierzapfens 289 des Rotorteiles 201 angeordnet sowie in einer radial angeordneten Bohrung 304 der Welle 232.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Stift 281 durch die Fliehkraft sicher fixiert.
  • Gemäß den Fig. 5a und 5b ist der Stift 281 in einer Bohrung 305 des Rotors 201 radial beabstandet außerhalb des Bereiches des Zentrierzapfens 289 angeordnet. Die entsprechende Gegenbohrung 306 ist in der Welle 232 angeordnet. Die Bohrung 305 ist in der äußeren Anlagefläche der Welle 232 an dem Rotor 201 angeordnet.
  • Die Fig. 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Stift 281 ist radial in den Rotorzentrierzapfen 289 gesteckt und ist damit in der Bohrung 307 des Zentrierzapfens 289 angeordnet. Das andere Ende des Stiftes 281 greift in eine Nut 308 der Welle 232.
  • Die Fig. 7a und 7b zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Zentrierzapfen 289 und einer Stirnseite 258 der Welle 232 ein Reibring 309 angeordnet. Durch die Schraube 280 wird das Rotorteil 200 mit der Welle 232 verpresst. Der Reibring 309 verhindert ein Verdrehen des Rotorteiles 201 relativ zu der Welle 232.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 8a und 8b dargestellt ist, ist auf einer Anlagefläche 310 der Welle 232 ein Körnerpunkt 311 gebildet. Der Körnerpunkt 311 liegt auf einer Anlagefläche 312 des Rotorteiles 201 an. Die Welle 232 ist aus einem festeren Material gebildet, als das Rotorteil 201. Beim Verschrauben des Rotorteiles 201 mit der Welle 232 mittels der Schraube 280 tritt durch den Körnerpunkt 311 eine plastische Verformung der Anlagefläche 312 des Rotors 201 auf. Durch die Verzahnung zwischen Körnerpunkt 311 und der plastischen Verformung wird ebenfalls ein Formschluss erzielt, der ein Verdrehen des Rotorteiles 201 relativ zu der Welle 232 verhindert. Es ist auch möglich, mehrere Körnerpunkte 311 vorzusehen.
  • Gemäß den Fig. 9a und 9b weist die Welle 232 an ihrem Ende eine in axialer Richtung hervorstehend geformte, geometrische Sicherung 313 auf, deren Gegenstück 314 in dem Rotorteil 201 angeordnet ist. Die in axialer Richtung hervorstehend geformte, geometrische Sicherung 313 weist zwei Erhebungen 315a, 315b auf, die in entsprechende Vertiefungen 316a, 316b angeordnet sind. Durch den Formschluss der Teile 313 und 314 wird eine Verdrehsicherung zwischen dem Rotorteil 201 und der Rotorwelle 232 erreicht.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 10a und 10b dargestellt. Der Zentrierzapfen 289 weist einen in radialer Richtung hervorstehend geformten Vorsprung 317 auf, der in einer Nut 318 der Rotorwelle 232 angeordnet wird. In der Nut 318 der Rotorwelle 232 ist ein Anschlag (nicht dargestellt) vorgesehen, so dass eine Drehung des Rotorteiles 201 relativ zu der Welle 232 vermieden wird.
  • Es ist möglich, die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausführungsformen miteinander zu kombinieren.
    • Bezugszahlen
    • 201
    Rotorteil
    201a
    Trägerabschnitt
    208
    Tragring
    209
    Tragring
    210
    Pumpstufe
    211
    Rotorschaufelkranz
    212
    Statorscheibe
    213
    Distanzring
    214
    Pumpstufe
    215
    Rotorschaufelkranz
    216
    Statorscheibe
    217
    Distanzring
    218
    Pumpstufe
    219
    Rotorschaufelkranz
    220
    Statorscheibe
    221
    Distanzring
    222
    Pumpstufe
    223
    Rotorschaufelkranz
    224
    Statorscheibe
    225
    Distanzring
    226
    Holweckstufe
    227
    Hülse
    228
    Holweckstator
    230
    Ausnehmung
    232
    Rotorwelle
    250
    Ebene
    251
    Ebene
    252
    Ebene
    254
    Ebene
    258
    Stirnseite der Welle 232
    260
    Gehäuseteil
    261
    Motorspule
    262
    Motormagnet
    263
    Hülse
    270
    Wuchtbohrung
    271
    Wuchtgewicht
    272
    Wuchtbohrung
    273
    Wuchtgewicht
    280
    Schraube
    281
    Stift
    289
    Zapfen
    291
    Radiallagerspule
    292
    Radiallagertarget
    293
    Radialsensor
    294
    Radialsensortarget
    295
    Hanglager
    300
    Bohrung
    301
    Bohrung
    302
    Nut
    303
    Nut
    304
    radiale Bohrung
    305
    Bohrung
    306
    Bohrung
    307
    Bohrung
    308
    Nut
    309
    Reibring
    310
    Anlagefläche Stator
    311
    Körnerpunkt
    312
    Anlagefläche des Rotorteiles 201
    313
    axial geometrische Sicherung
    314
    Teil der axial geometrischen Sicherung
    315a
    Erhebung
    315b
    Erhebung
    316a
    Vertiefung
    316b
    Vertiefung
    317
    Vorsprung
    318
    Nut

Claims (9)

  1. Vakuumpumpe mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung und wenigstens einer Gasaustrittsöffnung, wobei die Vakuumpumpe wenigstens eine Rotorwelle aufweist, an der wenigstens ein Rotor mit rotierenden pumpaktiven Bauteilen, welche stehenden pumpaktiven Bauteilen gegenüberstehen, mit wenigstens einem in axialer Richtung zentral in oder an der Rotorwelle angeordneten Befestigungselement befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotor (201) und die Rotorwelle (232) zusätzlich zu dem wenigstens einen Befestigungselement (280) eine Verdrehsicherung (281; 309; 311; 313, 314; 317, 318) aufweisen.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (281; 309; 311; 313, 314; 317, 318) an einem Zentrierzapfen (289) des Rotors (201) oder der Rotorwelle (232) angeordnet ist.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung als wenigstens ein durch oder in die Rotorwelle (232) und durch oder in den Rotor (201) greifender Stift (281) ausgebildet ist.
  4. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stift (281) axial oder radial angeordnet ist.
  5. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (281) in einer Bohrung (300, 301, 304, 305, 306, 307) oder einer Nut (302, 303, 308) des Rotors (201) oder des zentrierzapfens (289) des Rotors (201) angeordnet ist.
  6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung als Reibring (309), der zwischen Rotor (201) und Rotorwelle (232) angeordnet ist, ausgebildet ist.
  7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung als ein oder beidseitige Beschichtung wenigstens einer Verbindungs- oder Anschlagfläche des Rotor (201) und/oder der Rotorwelle (232) ausgebildet ist.
  8. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Berührungsfläche (310, 312) zwischen Rotor (201) und Rotorwelle (232) in dem Rotor (201) oder in der Rotorwelle (232) wenigstens ein Vorsprung (311) angeordnet ist, der als ein eine plastische Verformung in dem gegenüberliegenden Bauteil (201, 232) hervorrufender Vorsprung (311) ausgebildet ist.
  9. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotorwelle oder dem Rotor in radialer Richtung oder in axialer Richtung ein Vorsprung (315a, 315b; 317) angeordnet ist, und dass in dem Rotor (201) oder der Rotorwelle (232) eine den Vorsprung (315a, 315b; 317) formschlüssig aufnehmende Ausnehmung (316a, 316b; 318) angeordnet ist.
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