EP3135919A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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EP3135919A1
EP3135919A1 EP15182138.6A EP15182138A EP3135919A1 EP 3135919 A1 EP3135919 A1 EP 3135919A1 EP 15182138 A EP15182138 A EP 15182138A EP 3135919 A1 EP3135919 A1 EP 3135919A1
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EP
European Patent Office
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housing
vacuum pump
pump according
material recesses
recesses
Prior art date
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Granted
Application number
EP15182138.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3135919B1 (de
Inventor
Jan Hofmann
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
Priority to EP15182138.6A priority Critical patent/EP3135919B1/de
Priority to JP2016162586A priority patent/JP6298858B2/ja
Publication of EP3135919A1 publication Critical patent/EP3135919A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3135919B1 publication Critical patent/EP3135919B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5853—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps heat insulation or conduction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with a housing, a stator and a rotor having a rotor shaft which is supported by a first bearing provided in the region of the suction side of the housing and a further bearing provided in the region of the opposite side of the housing.
  • Vacuum pumps e.g. Turbomolecular pumps are used in various fields of technology to create a vacuum necessary for a particular process.
  • Turbomolecular pumps comprise a stator having a plurality of stator disks successive in the direction of a rotor axis and a rotor mounted rotatably relative to the stator about the rotor axis, comprising a rotor shaft and a plurality of arranged on the rotor shaft, axially successive and arranged between the stator disks rotor disks, wherein the stator disks and the rotor disks each have a pump-active structure.
  • the rotor shaft on the suction side ie in the vacuum or high vacuum range, (UHV) usually supported by a UHV-suitable permanent magnet bearing and on the opposite side by a lubricated rolling bearing.
  • UHV vacuum or high vacuum range
  • the highest possible temperature should prevail on the suction side or in the high vacuum region of the vacuum pump in order to prevent gases from condensing.
  • the pump section with the roller bearing should be relatively cold in order to prevent that provided for lubricating the bearing lubricant, especially oil, loses its lubricating properties.
  • the invention has for its object to provide a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, of the type mentioned, with which the aforementioned problem is eliminated. It should be ensured with the least possible effort and the least possible use of energy as large a temperature difference between the suction-side housing portion and the opposite housing portion of the vacuum pump.
  • the vacuum pump according to the invention in particular turbomolecular pump, comprises a housing, a stator and a rotor with a rotor shaft, which is supported by a first bearing provided in the region of the suction side of the housing and a further bearing provided in the region of the opposite side of the housing.
  • a first bearing provided in the region of the suction side of the housing
  • a further bearing provided in the region of the opposite side of the housing.
  • the suction-side region or the high-vacuum region of the vacuum pump can be relatively strongly tempered, for example to avoid condensation of toxic gases, without the corresponding housing section being heated accordingly, in particular in the region of a bearing of the rotor shaft located there.
  • the opposite housing section must therefore be cooled at least less or not at all.
  • the labyrinth-type heat flow path which is produced by the material recesses in the pump housing according to the invention and is extended by a plurality of changes in direction, results in a type of thermal barrier between the suction-side housing section and the opposite housing section.
  • the remote from the suction side, provided with the material recesses part of the housing generally has a limited by an inner wall central bore whose central axis coincides in particular with the axis of rotation of the rotor shaft.
  • the material recesses are introduced both from the inner wall and from the outer peripheral surface of the housing into the housing.
  • the material recesses are alternately introduced into the housing starting from the inner wall and starting from the outer peripheral surface of the housing.
  • the material recesses can mesh in particular like a comb.
  • At least one and preferably a plurality of material recesses may extend at least partially in the radial direction. It is ensured in particular by a vote of the radial depth of the or each material recess on the housing diameter or on the wall thickness of the housing that no excessive mechanical weakening of the housing takes place and the so-called "crash safety" of the housing or the pump is guaranteed.
  • the radial thickness or wall thickness of the portion of the housing provided with the material recesses is expediently greater than three times the radial dimension or depth of a radially extending material recess.
  • a radially extending material recess introduced into the housing from the outer peripheral surface of the housing has a radial dimension or depth which ends at a diameter of the part of the housing provided with the material recesses which is smaller than 0, 75 times the outer diameter of this housing part and is greater than 1.1 times the inner diameter of this housing part.
  • the material recesses may extend at least partially in the axial direction. In this case too, it will again be ensured that no excessive mechanical weakening of the housing takes place. Also conceivable is a combination of radially extending and axially extending material recesses.
  • the extension of the material recesses can eg run obliquely to the radial direction and / or axial direction and, for example, also have a skewed course with respect to the longitudinal axis of the housing or the axis of rotation of the rotor shaft.
  • the width and / or height measured transversely to a longitudinal and / or circumferential extent of e.g. formed as a recess or slot material recess, i. in a radially extending, lying in an axial plane slot, for example, its axial height or clear width, is preferably in a range of about 1 mm to 6mm, but may in principle be less than 1 mm or greater than 6mm.
  • the material recesses are at least partially introduced in the form of recesses, slots and / or holes in the housing.
  • At least one material recess is provided as completely, partially or in sections extending around a longitudinal axis of the housing around the recess or slot.
  • Such a groove or slot may e.g. be made by means of a disc cutter or the like.
  • the material recesses may at least partially form free spaces filled only with air or gas.
  • the solid in question expediently has a lower thermal conductivity than the material of the housing and as air or gas.
  • a heating device In the area of the suction-side housing section, a heating device can be provided.
  • a heating device comprises at least one heating tape or the like.
  • vacuum pump 10 comprises a pump inlet 14 surrounded by an inlet flange 12 and a plurality of pumping stages for conveying the gas present at the pump inlet 14 to a in Fig. 1 not shown pump outlet.
  • the vacuum pump 10 comprises a stator with a static housing 16 and a rotor arranged in the housing 16 with a rotor shaft 20 rotatably mounted about a rotation axis 18.
  • the vacuum pump 10 is designed as a turbomolecular pump and comprises a plurality of pump-connected with each other in series turbomolecular pumping stages with a plurality of connected to the rotor shaft 20 turbomolecular rotor disks 22 and a plurality of axially disposed between the rotor disks 22 and fixed in the housing 16 turbomolecular stator disks 24 by spacer rings 26 at a desired axial distance held each other.
  • the rotor disks 22 and stator disks 24 provide in a scooping region 28 an axial pumping action directed in the direction of the arrow 30.
  • the vacuum pump 10 also comprises three Holweck pumping stages which are arranged one inside the other in the radial direction and which are pumpingly connected to one another in series.
  • the rotor-side part of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 32 connected to the rotor shaft 20 and two cylinder shell-shaped Holweck rotor sleeves 34, 36 fastened to and supported by the rotor hub 32, which are oriented coaxially with the rotor axis 18 and are nested in the radial direction.
  • two cylindrical jacket-shaped Holweck stator sleeves 38, 40 are provided, which are also oriented coaxially to the rotor axis 18 and are nested in the radial direction.
  • the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are each formed by the radial lateral surfaces of a Holweck rotor sleeve 34, 36 and a Holweck stator sleeve 38, 40 opposite each other, forming a narrow radial Holweck gap.
  • one of the pump-active surfaces is smooth, in the present case, for example, the Holweck rotor sleeve 34 and 36, wherein the opposite pump-active surface of the respective Holweck stator 38 and 40 a structuring with helical about the rotation axis 18 around in the axial direction extending grooves, in which the gas is driven by the rotation of the rotor and thereby pumped.
  • the rotatable mounting of the rotor shaft 20 is effected by a roller bearing 42 in the region of the pump outlet and a permanent magnet bearing 44 in the region of the pump inlet 14.
  • the permanent magnet bearing 44 comprises a rotor-side bearing half 46 and a stator-side bearing half 48, each comprising a ring stack of a plurality of axially stacked permanent magnetic rings 50, 52, wherein the magnetic rings 50, 52 facing each other to form a radial bearing gap 54.
  • an emergency or fishing camp 56 is provided, which is designed as an unlubricated rolling and idle in normal operation of the vacuum pump without touching and passes only at an excessive radial deflection of the rotor relative to the stator into engagement to a radial stop for to form the rotor, which prevents a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures.
  • a conical injection nut 58 is provided on the rotor shaft 20 with an outer diameter increasing towards the rolling bearing 42, which with a scraper one more with a resource such. a lubricant, soaked absorbent disks 60 in operative resource storage is in sliding contact.
  • the operating means is transferred by capillary action from the working fluid reservoir via the scraper to the rotating injection nut 58 and due to the centrifugal force along the injection nut 58 in the direction of increasing outer diameter of the injection nut 58 is conveyed to the rolling bearing 42, where it is e.g. fulfills a lubricating function.
  • the vacuum pump includes a drive motor 62 for rotatably driving the rotor whose rotor is formed by the rotor shaft 20.
  • a control unit 64 controls the drive motor 62.
  • the turbomolecular pumping stages provide a pumping action in the direction of the arrow 30 in the scooping region 28.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the side facing away from the suction, provided with material recesses 66, 68 part of the housing 16 of an exemplary Embodiment of a vacuum pump 10 according to the invention, which is in particular a turbomolecular pump in the Fig. 1 represented type can act.
  • the vacuum pump 10 also comprises a housing 16, a stator and a rotor, not shown here, with a rotor shaft which is supported by a first bearing provided in the region of the suction side of the housing 16 and a further bearing provided in the region of the opposite side of the housing 16 is. It may be in the two camps not shown here as shown in FIG Fig. 1 For example, again act around a suction-side permanent magnet bearing and a provided on the opposite side bearings. This rolling bearing can eg in the field of in Fig. 2 be shown central bore 76 arranged.
  • the part 70 of the housing 16 facing away from the suction side is provided with material recesses 66, 68 which are inserted into the housing 16 in such a way that they become labyrinth-like, by a plurality of changes in direction extended heat flow path 72 results.
  • the invention is for example in a vacuum pump in the Fig. 1 shown applicable. Due to the material recesses according to the invention, the suction-side housing section of the vacuum pump can be correspondingly tempered to avoid condensation of gases, without thereby also heating the opposite housing section 70 of the pump containing the further bearing.
  • the rolling bearing containing housing portion 70 can thus be kept sufficiently cold with minimal cooling or possibly even without cooling, to ensure that the oil required for lubrication of the bearing retains its lubricating properties. Accordingly, the energy required hitherto for cooling is at least reduced.
  • the side facing away from the suction, provided with the material recesses 66, 68 part 70 of the housing 16 has a limited by an inner wall 74 central bore 76.
  • the material recesses 66, 68 as in the example of Fig. 2 shown, both starting from the inner wall 74 and starting from the outer peripheral surface 78 of the housing 16 may be introduced into the housing 16.
  • the material recesses 66, 68 can, as in the Fig. 2 shown, in the axial direction of the housing 16 viewed in particular alternately starting from the inner wall 74 and starting from the outer peripheral surface 78 of the housing 16 may be introduced into the housing 16. As also shown, the material recesses 66, 68 in this case, in particular comb-like mesh.
  • the material recesses 66, 68 may extend at least partially in the radial direction and / or at least partially in the axial direction. In this case, for example, a combination of extending in the radial direction and extending in the axial direction material recesses 66, 68 conceivable. I'm in the Fig. 2 In the case illustrated, the material recesses 66, 68 each extend in the radial direction, that is, they lie in different height planes with respect to the axis of rotation 18 of the rotor shaft, not shown.
  • the material recesses 66, 68 may be introduced into the housing 16 at least partially in the form of recesses, slots and / or bores.
  • at least one material recess 66, 68 can be provided as a recess or slot extending completely around the axis of rotation 18.
  • Both recesses 66, 68 are each formed as such a recess or slot.
  • the facing away from the suction side portion 70 of the housing 16 is provided only with two successive material recesses 66, 68 in the axial direction, more than two material recesses may be introduced into these facing away from the suction side portion 70 of the housing 16.
  • the material recesses in the axial direction of the housing 16 can in particular also be alternately introduced, starting from the inner wall 74 and starting from the outer circumferential surface 78 of the housing 16, into the housing 16 and intermesh in a comb-like manner.
  • the material recesses 66, 68 can at least partially form only free spaces filled with air or gas, as shown in FIG Fig. 2 is shown in the recess 68 introduced from the outside. As in Fig. 2 in the other, introduced from the inside recess 66, however, at least partially, a heat-insulating solid may be introduced into the material recesses, which expediently higher thermal insulation than air or gas and as the material of which the housing 16 consists.
  • the housing material is in particular aluminum.
  • the radial depths into which the in Fig. 2 shown recesses 66, 68 each are shown purely by way of example and are selected in concrete applications depending on eg the wall thickness of the housing portion 70 and the ratio of the inner diameter in the bore 76 and the outer diameter of the housing portion 70, in each case such that the "crash safety" of the pump remains guaranteed.
  • Regarding possible Dimensions of the recesses 66, 68 is hereby also referred to the introduction part.
  • the vacuum pump 10 according to the invention can be designed, for example, as described with reference to FIG Fig. 1 has been described.
  • a heating device may be provided in the region of the suction-side housing section.
  • Such a heater may include, for example, at least one heater band or the like.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe (10), insbesondere Turbomolekularpumpe, umfasst ein Gehäuse (16), einen Stator (24) und einen Rotor (22) mit einer Rotorwelle (20), die durch ein im Bereich der Ansaugseite des Gehäuses vorgesehenes erstes Lager (44) und ein im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses vorgesehenes weiteres Lager (42) abgestützt ist. Zur Erhöhung des Wärmewiderstandes zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem das weitere Lager enthaltenden Gehäuseabschnitt ist ein von der Ansaugseite abgewandter Teil des Gehäuses (70) mit Materialaussparungen (66,68) versehen, die so in das Gehäuse (16) eingebracht sind, dass sich ein labyrinthartiger, durch mehrere Richtungsänderungen verlängerter Wärmeflusspfad (72) ergibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse, einem Stator und einem Rotor mit einer Rotorwelle, die durch ein im Bereich der Ansaugseite des Gehäuses vorgesehenes erstes Lager und ein im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses vorgesehenes weiteres Lager abgestützt ist.
  • Vakuumpumpen wie z.B. Turbomolekularpumpen werden in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt, um ein für einen jeweiligen Prozess notwendiges Vakuum zu schaffen. Turbomolekularpumpen umfassen einen Stator mit mehreren in Richtung einer Rotorachse aufeinanderfolgenden Statorscheiben sowie einen relativ zu dem Stator um die Rotorachse drehbar gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle und mehrere auf der Rotorwelle angeordnete, in axialer Richtung aufeinanderfolgende und zwischen den Statorscheiben angeordnete Rotorscheiben umfasst, wobei die Statorscheiben und die Rotorscheiben jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen.
  • Beispielsweise bei Turbomolekularpumpen ist die Rotorwelle ansaugseitig, d.h. im Vakuum- oder Hochvakuumbereich,(UHV) in der Regel durch ein UHV-taugliches Permanentmagnetlager und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein geschmiertes Wälzlager abgestützt. In bestimmten Fällen soll ansaugseitig bzw. im Hochvakuumbereich der Vakuumpumpe eine möglichst hohe Temperatur vorherrschen, um zu verhindern, dass Gase kondensieren. Dagegen soll der Pumpenabschnitt mit dem Wälzlager relativ kalt sein, um zu verhindern, dass das zur Schmierung des Wälzlagers vorgesehene Schmiermittel, insbesondere Öl, seine schmierenden Eigenschaften verliert. In den meisten Fällen bestehen nun aber der ansaugseitige Gehäuseabschnitt und der das Kugellager enthaltende gegenüberliegende Gehäuseabschnitt aus eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzendem Aluminium oder aus einem anderem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit.
  • Es besteht nun das Problem, diesen beiden Anforderungen nach einem möglichst hochtemperierten ansaugseitigen Hochvakuumbereich und nach einem relativ dazu möglichst kalten gegenüberliegenden Bereich der Vakuumpumpe möglichst ohne größeren Energieaufwand gerecht zu werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, der eingangs genannten Art anzugeben, mit der das zuvor genannte Problem beseitigt ist. Dabei soll bei möglichst geringem Aufwand und möglichst geringem Einsatz an Energie eine möglichst große Temperaturdifferenz zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt der Vakuumpumpe gewährleistet sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
  • Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, umfasst ein Gehäuse, einen Stator und einen Rotor mit einer Rotorwelle, die durch ein im Bereich der Ansaugseite des Gehäuses vorgesehenes erstes Lager und ein im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses vorgesehenes weiteres Lager abgestützt ist. Dabei ist zur Erhöhung des Wärmewiderstandes zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem das weitere Lager enthaltenden Gehäuseabschnitt der von der Ansaugseite abgewandte Teil des Gehäuses mit Materialaussparungen versehen, die so in das Gehäuse eingebracht sind, dass sich ein labyrinthartiger, durch mehrere Richtungsänderungen verlängerter Wärmeflusspfad ergibt.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung wird bei denkbar geringem Aufwand und Einsatz an Energie durch einen verlängerten Wärmeflusspfad im Gehäuse eine relativ große Temperaturdifferenz zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt der Vakuumpumpe erreicht. Es kann somit der ansaugseitige Bereich bzw. der Hochvakuumbereich der Vakuumpumpe beispielsweise zur Vermeidung einer Kondensation giftiger Gase relativ stark temperiert werden, ohne dass dadurch auch der gegenüberliegende Gehäuseabschnitt insbesondere im Bereich eines dort befindlichen Lagers der Rotorwelle entsprechend erwärmt wird. Der gegenüberliegende Gehäuseabschnitt muss somit zumindest weniger oder gar nicht mehr gekühlt werden. Es ist somit mit relativ geringem Aufwand unter Minimierung des Einsatzes von Energie zur Kühlung des gegenüberliegenden Gehäuseabschnitts sichergestellt, dass ein im gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt enthaltenes Wälzlager hinreichend kühl gehalten werden kann, so dass das zur Schmierung dieses Lagers erforderliche Schmiermittel seine Schmiereigenschaften beibehält. Mit dem durch die erfindungsgemäßen Materialaussparungen im Pumpengehäuse erzeugten labyrinthartigen, durch mehrere Richtungsänderungen verlängerten Wärmeflusspfad ergibt sich eine Art Wärmesperre zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt.
  • Der von der Ansaugseite abgewandte, mit den Materialaussparungen versehene Teil des Gehäuses besitzt in der Regel eine durch eine Innenwand begrenzte zentrale Bohrung, deren Mittelachse insbesondere mit der Rotationsachse der Rotorwelle zusammenfällt. Dabei sind gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe die Materialaussparungen sowohl ausgehend von der Innenwand als auch ausgehend von der Außenumfangsfläche des Gehäuses in das Gehäuse eingebracht.
  • Bevorzugt sind die Materialaussparungen in Axialrichtung des Gehäuses betrachtet abwechselnd ausgehend von der Innenwand und ausgehend von der Außenumfangsfläche des Gehäuses in das Gehäuse eingebracht. Dabei können die Materialaussparungen insbesondere kammartig ineinandergreifen.
  • Zumindest eine und bevorzugt mehrere Materialaussparungen können sich zumindest teilweise in radialer Richtung erstrecken. Dabei wird insbesondere durch eine Abstimmung der radialen Tiefe der oder jeder Materialaussparung auf den Gehäusedurchmesser bzw. auf die Wandstärke des Gehäuses sichergestellt, dass keine zu große mechanische Schwächung des Gehäuses erfolgt und die sogenannte "Crashsicherheit" des Gehäuses bzw. der Pumpe gewährleistet bleibt.
  • Dabei ist die radiale Dicke oder Wandstärke des mit den Materialaussparungen versehenen Teils des Gehäuses zweckmäßigerweise größer als das 3-fache der radialen Abmessung oder Tiefe einer sich radial erstreckenden Materialaussparung.
  • Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn eine ausgehend von der Außenumfangsfläche des Gehäuses in das Gehäuse eingebrachte, sich radial erstreckende Materialaussparung eine radiale Abmessung oder Tiefe besitzt, die bei einem Durchmesser des mit den Materialaussparungen versehenen Teils des Gehäuses endet, der kleiner als das 0,75-fache des Außendurchmessers dieses Gehäuseteils und größer als das 1,1-fache des Innendurchmessers dieses Gehäuseteils ist.
  • Die Materialaussparungen können sich zumindest teilweise auch in axialer Richtung erstrecken. Auch in diesem Fall wird wieder sichergestellt sein, dass keine zu große mechanische Schwächung des Gehäuses erfolgt. Denkbar ist insbesondere auch eine Kombination von sich radial erstreckenden und sich axial erstreckenden Materialaussparungen. Die Erstreckung der Materialaussparungen kann z.B. auch schräg zur Radialrichtung und/oder Axialrichtung verlaufen und z.B. auch einen windschiefen Verlauf bezüglich der Längsachse des Gehäuses bzw. der Rotationsachse der Rotorwelle besitzen.
  • Die quer zu einer Längs- und/oder Umfangserstreckung gemessene Breite und/oder Höhe einer z.B. als Einstich oder Schlitz ausgebildeten Materialaussparung, d.h. bei einem sich radial erstreckenden, in einer axialen Ebene liegenden Schlitz beispielsweise dessen axiale Höhe oder lichte Weite, liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 mm bis 6mm, kann grundsätzlich aber auch kleiner als 1 mm oder größer als 6mm sein.
  • Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe sind die Materialaussparungen zumindest teilweise in Form von Einstichen, Schlitzen und/oder Bohrungen in das Gehäuse eingebracht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist zumindest eine Materialaussparung als vollständig, teilweise oder abschnittsweise um eine Längsachse des Gehäuses herum verlaufender Einstich oder Schlitz vorgesehen.
  • Ein solcher Einstich oder Schlitz kann z.B. mittels eines Scheibenfräsers oder dergleichen hergestellt werden.
  • In einem vergleichsweise einfachen Fall können die Materialaussparungen zumindest teilweise lediglich mit Luft bzw. Gas gefüllte Freiräume bilden.
  • In anderen Fällen kann es jedoch von Vorteil sein, wenn in die Materialaussparungen zumindest teilweise ein wärmeisolierender Feststoff eingebracht ist. Dabei besitzt der betreffende Feststoff zweckmäßigerweise eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Gehäuses und als Luft bzw. Gas.
  • Im Bereich des ansaugseitigen Gehäuseabschnitts kann eine Heizeinrichtung vorgesehen sein. Bevorzugt umfasst eine solche Heizeinrichtung wenigstens ein Heizband oder dergleichen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vakuumpumpe, bei der die Erfindung anwendbar ist, und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung des von der Ansaugseite abgewandten, mit Materialaussparungen versehenen Teils des Gehäuses einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Vakuumpumpe 10 umfasst einen von einem Einlassflansch 12 umgebenen Pumpeneinlass 14 sowie mehrere Pumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 14 anstehenden Gases zu einem in Fig. 1 nicht dargestellten Pumpenauslass. Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Stator mit einem statischen Gehäuse 16 und einen in dem Gehäuse 16 angeordneten Rotor mit einer um eine Rotationsachse 18 drehbar gelagerten Rotorwelle 20.
  • Die Vakuumpumpe 10 ist als Turbomolekularpumpe ausgebildet und umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren mit der Rotorwelle 20 verbundenen turbomolekularen Rotorscheiben 22 und mehreren in axialer Richtung zwischen den Rotorscheiben 22 angeordneten und in dem Gehäuse 16 festgelegten turbomolekularen Statorscheiben 24, die durch Distanzringe 26 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten sind. Die Rotorscheiben 22 und Statorscheiben 24 stellen in einem Schöpfbereich 28 eine in Richtung des Pfeils 30 gerichtete axiale Pumpwirkung bereit.
  • Die Vakuumpumpe 10 umfasst zudem drei in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Der rotorseitige Teil der Holweck-Pumpstufen umfasst eine mit der Rotorwelle 20 verbundene Rotornabe 32 und zwei an der Rotornabe 32 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 34, 36, die koaxial zu der Rotorachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 38, 40 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotorachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind jeweils durch die einander unter Ausbildung eines engen radialen HolweckSpalts gegenüberliegenden radialen Mantelflächen jeweils einer Holweck-Rotorhülse 34, 36 und einer Holweck-Statorhülse 38, 40 gebildet. Dabei ist jeweils eine der pumpaktiven Oberflächen glatt ausgebildet, im vorliegenden Fall beispielsweise die der Holweck-Rotorhülse 34 bzw. 36, wobei die gegenüberliegende pumpaktive Oberfläche der jeweiligen Holweck-Statorhülse 38 bzw. 40 eine Strukturierung mit schraubenlinienförmig um die Rotationsachse 18 herum in axialer Richtung verlaufenden Nuten aufweist, in denen durch die Rotation des Rotors das Gas vorangetrieben und dadurch gepumpt wird.
  • Die drehbare Lagerung der Rotorwelle 20 wird durch ein Wälzlager 42 im Bereich des Pumpenauslasses und ein Permanentmagnetlager 44 im Bereich des Pumpeneinlasses 14 bewirkt.
  • Das Permanentmagnetlager 44 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 46 und eine statorseitige Lagerhälfte 48, die jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 50, 52 umfassen, wobei die Magnetringe 50, 52 unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 54 einander gegenüberliegen.
  • Innerhalb des Permanentmagnetlagers 44 ist ein Not- oder Fanglager 56 vorgesehen, das als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist und im normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors gegenüber dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert.
  • Im Bereich des Wälzlagers 42 ist an der Rotorwelle 20 eine konische Spritzmutter 58 mit einem zu dem Wälzlager 42 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen, die mit einem Abstreifer eines mehrere mit einem Betriebsmittel, wie z.B. einem Schmiermittel, getränkte saugfähige Scheiben 60 umfassenden Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt steht. Im Betrieb wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 58 übertragen und infolge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 58 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 58 zu dem Wälzlager 42 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt.
  • Die Vakuumpumpe umfasst einen Antriebsmotor 62 zum drehenden Antreiben des Rotors, dessen Läufer durch die Rotorwelle 20 gebildet ist. Eine Steuereinheit 64 steuert den Antriebsmotor 62 an.
  • Die turbomolekularen Pumpstufen stellen in dem Schöpfbereich 28 eine Pumpwirkung in Richtung des Pfeils 30 bereit.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den von der Ansaugseite abgewandten, mit Materialaussparungen 66, 68 versehenen Teil des Gehäuses 16 einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 10, bei der es sich insbesondere um eine Turbomolekularpumpe der in der Fig. 1 dargestellten Art handeln kann.
  • Entsprechend umfasst auch die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 10 ein Gehäuse 16, einen Stator und einen hier nicht dargestellten Rotor mit einer Rotorwelle, die durch ein im Bereich der Ansaugseite des Gehäuses 16 vorgesehenes erstes Lager und ein im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 16 vorgesehenes weiteres Lager abgestützt ist. Dabei kann es sich bei den beiden hier nicht dargestellten Lagern entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 beispielsweise wieder um ein ansaugseitiges Permanentmagnetlager und ein auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehenes Wälzlager handeln. Dieses Wälzlager kann z.B. im Bereich der in Fig. 2 dargestellten zentralen Bohrung 76 angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist zur Erhöhung des Wärmewiderstandes zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem das Wälzlager enthaltenden Gehäuseabschnitt der von der Ansaugseite abgewandte Teil 70 des Gehäuses 16 mit Materialaussparungen 66, 68 versehen, die so in das Gehäuse 16 eingebracht sind, dass sich ein labyrinthartiger, durch mehrere Richtungsänderungen verlängerter Wärmeflusspfad 72 ergibt.
  • Dadurch kann während des Betriebs der Pumpe eine relativ große Temperaturdifferenz zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt der Vakuumpumpe 10 aufrechterhalten werden. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung beispielsweise bei einer Vakuumpumpe der in der Fig. 1 dargestellten Art anwendbar. Aufgrund der erfindungsgemäßen Materialaussparungen kann der ansaugseitige Gehäuseabschnitt der Vakuumpumpe zur Vermeidung einer Kondensation von Gasen entsprechend temperiert werden, ohne dass dadurch auch der das weitere Lager enthaltende gegenüberliegende Gehäuseabschnitt 70 der Pumpe entsprechend erwärmt wird. Der das Wälzlager enthaltende Gehäuseabschnitt 70 kann somit mit minimaler Kühlung oder gegebenenfalls auch ohne Kühlung hinreichend kalt gehalten werden, um sicherzustellen, dass das zur Schmierung des Wälzlagers erforderliche Öl seine schmierenden Eigenschaften beibehält. Entsprechend wird der bisher zur Kühlung erforderliche Aufwand an Energie zumindest reduziert.
  • Der von der Ansaugseite abgewandte, mit den Materialaussparungen 66, 68 versehene Teil 70 des Gehäuses 16 besitzt eine durch eine Innenwand 74 begrenzte zentrale Bohrung 76. Dabei können die Materialaussparungen 66, 68, wie im Beispiel der Fig. 2 dargestellt, sowohl ausgehend von der Innenwand 74 als auch ausgehend von der Außenumfangsfläche 78 des Gehäuses 16 in das Gehäuse 16 eingebracht sein.
  • Die Materialaussparungen 66, 68 können, wie in der Fig. 2 dargestellt, in Axialrichtung des Gehäuses 16 betrachtet insbesondere abwechselnd ausgehend von der Innenwand 74 und ausgehend von der Außenumfangsfläche 78 des Gehäuses 16 in das Gehäuse 16 eingebracht sein. Wie ebenfalls dargestellt, können die Materialaussparungen 66, 68 in diesem Fall insbesondere kammartig ineinandergreifen.
  • Grundsätzlich können sich die Materialaussparungen 66, 68 zumindest teilweise in radialer Richtung und/oder zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken. Dabei ist beispielsweise auch eine Kombination von sich in radialer Richtung erstreckenden und von sich in axialer Richtung erstreckenden Materialaussparungen 66, 68 denkbar. Im in der Fig. 2 dargestellten Fall erstrecken sich die Materialaussparungen 66, 68 jeweils in radialer Richtung, liegen also bezüglich der Rotationsachse 18 der nicht dargestellten Rotorwelle in unterschiedlichen Höhenebenen.
  • Die Materialaussparungen 66, 68 können zumindest teilweise in Form von Einstichen, Schlitzen und/oder Bohrungen in das Gehäuse 16 eingebracht sein. Dabei kann zumindest eine Materialaussparung 66, 68 als vollständig um die Rotationsachse 18 herum verlaufender Einstich oder Schlitz vorgesehen sein. Im Beispiel der Fig. 2 sind beide Aussparungen 66, 68 jeweils als ein solcher Einstich bzw. Schlitz ausgebildet.
  • Während bei der Darstellung gemäß Fig. 2 der von der Ansaugseite abgewandte Teil 70 des Gehäuses 16 lediglich mit zwei in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Materialaussparungen 66, 68 versehen ist, können in diesen von der Ansaugseite abgewandten Teil 70 des Gehäuses 16 auch mehr als zwei Materialaussparungen eingebracht sein. Dabei können auch im letzteren Fall die Materialaussparungen in Axialrichtung des Gehäuses 16 betrachtet insbesondere wieder abwechselnd ausgehend von der Innenwand 74 und ausgehend von der Außenumfangsfläche 78 des Gehäuses 16 in das Gehäuse 16 eingebracht sein und kammartig ineinandergreifen.
  • Die Materialaussparungen 66, 68 können zumindest teilweise lediglich mit Luft bzw. Gas gefüllte Freiräume bilden, wie dies in Fig. 2 bei der von außen eingebrachten Aussparung 68 dargestellt ist. Wie in Fig. 2 bei der anderen, von innen eingebrachten Aussparung 66 dargestellt, kann in die Materialaussparungen jedoch zumindest teilweise auch ein wärmeisolierender Feststoff eingebracht sein, der zweckmäßigerweise eine höhere Wärmeisolation als Luft bzw. Gas und als das Material, aus dem das Gehäuse 16 besteht. Das Gehäusematerial ist insbesondere Aluminium.
  • Die radiale Tiefen, in welche die in Fig. 2 dargestellten Aussparungen 66, 68 jeweils reichen, sind rein beispielhaft dargestellt und werden in konkreten Anwendungen in Abhängigkeit z.B. von der Wandstärke des Gehäuseabschnitts 70 und von dem Verhältnis des Innendurchmessers im Bereich der Bohrung 76 und dem Außendurchmesser des Gehäuseabschnitts 70 gewählt, und zwar in jedem Fall derart, dass die "Crashsicherheit" der Pumpe gewährleistet bleibt. Bezüglich möglicher Abmessungen der Aussparungen 66, 68 wird hiermit auch auf den Einleitungsteil verwiesen.
  • Im Übrigen kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe 10 beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Zudem kann im Bereich des ansaugseitigen Gehäuseabschnitts eine Heizeinrichtung vorgesehen sein. Eine solche Heizeinrichtung kann beispielsweise wenigstens ein Heizband oder dergleichen umfassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vakuumpumpe
    12
    Einlassflansch
    14
    Pumpeneinlass
    16
    Gehäuse
    18
    Rotationsachse
    20
    Rotorwelle
    22
    Rotorscheibe
    24
    Statorscheibe
    26
    Distanzring
    28
    Schöpfbereich
    30
    Pfeil
    32
    Rotornabe
    34
    Holweck-Rotorhülse
    36
    Holweck-Rotorhülse
    38
    Holweck-Statorhülse
    40
    Holweck-Statorhülse
    42
    Wälzlager
    44
    Permanentmagnetlager
    46
    rotorseitige Lagerhälfte
    48
    statorseitige Lagerhälfte
    50
    permanentmagnetischer Ring
    52
    permanentmagnetischer Ring
    54
    radialer Lagerspalt
    56
    Not- oder Fanglager
    58
    konische Spritzmutter
    60
    saugfähige Scheibe
    62
    Antriebsmotor
    64
    Steuereinheit
    66
    Materialaussparung
    68
    Materialaussparung
    70
    von der Ansaugseite abgewandter Teil des Gehäuses
    72
    Wärmeflusspfad
    74
    Innenwand
    76
    zentrale Bohrung
    78
    Außenumfangsfläche

Claims (13)

  1. Vakuumpumpe (10), insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse (16), einem Stator und einem Rotor mit einer Rotorwelle, die durch ein im Bereich der Ansaugseite des Gehäuses (16) vorgesehenes erstes Lager und ein im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses vorgesehenes weiteres Lager abgestützt ist, wobei zur Erhöhung des Wärmewiderstandes zwischen dem ansaugseitigen Gehäuseabschnitt und dem das weitere Lager enthaltenden Gehäuseabschnitt ein von der Ansaugseite abgewandter Teil (70) des Gehäuses (16) mit Materialaussparungen (66, 68) versehen ist, die so in das Gehäuse (16) eingebracht sind, dass sich ein labyrinthartiger, durch mehrere Richtungsänderungen verlängerter Wärmeflusspfad (72) ergibt.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der von der Ansaugseite abgewandte, mit den Materialaussparungen (66, 68) versehene Teil (70) des Gehäuses (16) eine durch eine Innenwand (74) begrenzte zentrale Bohrung (76) besitzt und die Materialaussparungen (66, 68) sowohl ausgehendend von der Innenwand (74) als auch ausgehend von der Außenumfangsfläche (78) des Gehäuses (16) in das Gehäuse (16) eingebracht sind.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (66, 68) in Axialrichtung des Gehäuses (16) betrachtet abwechselnd ausgehend von der Innenwand (74) und ausgehend von der Außenumfangsfläche (78) des Gehäuses (16) in das Gehäuse (16) eingebracht sind.
  4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (66, 68) kammartig ineinandergreifen.
  5. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine Materialaussparung (66, 68) zumindest teilweise in radialer Richtung erstreckt.
  6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Wandstärke des mit den Materialaussparungen (66, 68) versehenen Teils (70) des Gehäuses (16) größer als das 3-fache der Tiefe einer sich radial erstreckenden Materialaussparung ist.
  7. Vakuumpumpe nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgehend von der Außenumfangsfläche (78) des Gehäuses (16) in das Gehäuse (16) eingebrachte, sich radial erstreckende Materialaussparung (68) eine Tiefe besitzt, die bei einem Durchmesser des mit den Materialaussparungen (66, 68) versehenen Teils (70) des Gehäuses (16) endet, der kleiner als das 0,75-fache des Außendurchmessers und größer als das 1,1 -flache des Innendurchmessers des mit den Materialaussparungen (66, 68) versehenen Teils (70) des Gehäuses (16) ist.
  8. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Materialaussparungen (66, 68) zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken.
  9. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (66, 68) zumindest teilweise in Form von Einstichen, Schlitzen und/oder Bohrungen in das Gehäuse (16) eingebracht sind.
  10. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Materialaussparung (66, 68) als vollständig, teilweise oder abschnittsweise um eine Längsachse des Gehäuses (16) herum verlaufender Einstich oder Schlitz vorgesehen ist.
  11. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (66, 68) zumindest teilweise lediglich mit Luft bzw. Gas gefüllte Freiräume bilden.
  12. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass in die Materialaussparungen (66, 68) zumindest teilweise ein wärmeisolierender Feststoff eingebracht ist.
  13. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ansaugseitigen Gehäuseabschnitts eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.
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