WO1996013667A1 - Reibungsvakuumpumpe mit kühlung - Google Patents

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Friedrich Von Schulz-Hausmann
Wilhelm Walter
Heinrich Engländer
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Leybold Vakuum Gmbh
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168—Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • 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
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system

Definitions

  • the invention relates to a single-flow friction vacuum pump with a housing in which an inlet, the pump-active surfaces and a drive motor are arranged axially one behind the other.
  • a friction vacuum pump of this type is known from DE-U-80 27 697. Cooling is usually required when operating pumps of this type. Water cooling is very effective, but makes the operation of the pump dependent on the presence of a cooling water connection. In addition, the design effort required for water cooling on the pump itself is relatively high. Furthermore, it is known to use a separate air cooling unit with a fan that can be placed on the outside of the pump housing. On the one hand, such a cooling unit only cools the outer surface of the pump housing, so its cooling effect is limited. On the other hand, additional connection work is required if cooling is required.
  • the present invention has for its object to equip a friction vacuum pump of the type mentioned with an improved and easier-to-use air cooling. According to the invention, this object is achieved in that its housing wall is equipped with air intake and air outlet openings and in that a fan is integrated in its housing.
  • the fan is located in the housing, preferably to the side of the drive motor, the cooling effect is particularly good.
  • the cooled surface of the pump acts more effectively than is possible by external (position-dependent) cooling fins.
  • the area for heat transfer is significantly larger than with a ribbed outer surface, since the housing also contributes to cooling with the inner surface.
  • the additional fan which can be switched on if required, conveys the air directly to the places that generate heat and thus have the highest temperature level.
  • the "cooling chain” heat transfers, heat conduction paths, heat capacities, heat transfer paths etc.
  • the heat via which the heat has to be transported in the prior art, becomes shorter with a steadily decreasing temperature level, so that the additional fan is dimensioned smaller and thus even into the pump can be integrated.
  • the built-in fan is expediently operated in such a way that it is controlled by a temperature sensor.
  • the pump is then constantly protected against an undesirable increase in temperature.
  • inlet openings for the cold supply air and outlet openings for the warm exhaust air are provided in the housing wall of the pump, a chimney effect can be achieved by skilful flow supply, which flows around the wall from the inside and outside and thus creates a natural forced ventilation. This cools additionally and more effectively than the existing free convection on the outside of the wall.
  • the air flow is chosen so that the cooling effect 'is dependent on the position of the pump. Due to a conical housing design, the air flow is not obstructed by adjacent parts even when the pump is installed in a system. In addition, there is sufficient space in the drive area in order to be able to accommodate all the necessary components, including the fan, in the housing with an axially short design.
  • the pump itself is denoted by 1, its inlet by 2 and its outlet by 3.
  • the housing of the pump 1 comprises the two sections 4 and 5.
  • the housing section 4 surrounds the stator 6 and the rotor 7 of the friction pump.
  • Figures 1 and 4 show that components of the friction pump are turbomolecular pump stages 8 and Siegbahnpumpenworkn 9.
  • the housing section 5 surrounds the drive motor 11, the stator of which is designated by 12 and the rotor of which is designated by 13.
  • the housing section 5 is part of a chassis 14 with the interior 15, in which the drive motor 11 and other components are located. Otherwise, the chassis 14 supports all other components of the pump 1.
  • the interior 15 is covered with the disk 16 on the end face opposite the inlet 2.
  • the shaft 17 carrying the rotor 7 is also mounted in the chassis 14, specifically in such a way that the rotor 13 of the drive motor 11 is located between its bearings 18 and 19.
  • the rotor 13 is located within a space 20 which is formed by the chassis 14 and by a can 21. This space 20 is gas-tight to the outside. This runs the Rotor 13 of the drive motor 11 in a vacuum, while the motor stator 12 is outside the vacuum. This means that a gas-tight bushing is not required.
  • the spring 22 which serves to generate the bearing contact forces. It is assigned to the drive end of the shaft 17 and is designed as a conical spiral spring. Compared to the disc springs normally used in this area, a conically shaped spiral spring has a much flatter characteristic so that an essentially constant contact force is ensured which is independent of tolerances. Compared to cylindrical spiral springs, a conical spiral spring has the advantage that its axial length is smaller.
  • the exterior of the entire pump 1 is essentially conical.
  • the cross section of its housing or its housing sections 4, 5 widens from the inlet 2 to the drive side. This measure allows an axially short construction, since there is sufficient space on the drive side to be able to arrange several of the components arranged there side by side.
  • a fan 23 is located in the interior 15 of the chassis 14. It is arranged on the side next to the drive motor 11 and can either be in continuous operation or be controlled by a temperature sensor (not shown). Adequate cooling of the pump, in particular of its drive motor 11, is thereby ensured.
  • FIGS. 1 to 6 all of the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 6 are equipped with a flat connecting surface 24. It is the result of the intersection of a plane with the housing section 5. All operating elements (fore-vacuum connection 3, connector 25 for the frequency converter, ventilation connection 26) are concentrated on the connection surface 24 and therefore accessible and easy to handle in any position of the pump.
  • the plane generating the connecting surface 24 extends parallel to the shaft 17 of the pump 1.
  • a flat surface 27 with an opening 28 is also provided on the side of the chassis 5 opposite the connecting surface 24, a flat surface 27 with an opening 28 is also provided.
  • This opening 28, equipped with a grille 29, serves as a suction opening for the fan 23 arranged next to it.
  • the sucked-in cooling air exits again through openings 31 and 32 after it has flowed around the drive motor 11.
  • the openings 31 are located in the pane 16 covering the interior 15 of the chassis 14.
  • the openings 32 open into a groove 33 which is located between the housing sections 4 and 5.
  • the plane generating the connecting surface 24 forms an angle with the shaft 17, in such a way that the connecting surface 24 is larger in comparison with the connecting surface 24 in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3 is.
  • the suction openings 34 and 35 assigned to the fan 23 are also located in the disk 16 and in the groove 33, respectively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine einflutige Reibungsvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (4, 5), in dem axial hintereinander ein Einlaß (2), die pumpaktiven Flächen (8, 9) und ein Antriebsmotor (11) angeordnet sind; zur Erzielung einer wirksamen Luftkühlung wird vorgeschlagen, daß ihre Gehäusewandung mit Luftansaug- und Luftaustrittsöffnungen ausgerüstet ist und daß in ihrem Gehäuse (4, 5) ein Lüfter (23) integriert ist.

Description

Reibungsvakuumpumpe mit Kühlung
Die Erfindung bezieht sich auf eine einflutige Reibungsva¬ kuumpumpe mit einem Gehäuse, in dem axial hintereinander ein Einlaß, die pumpaktiven Flächen und ein Antriebsmotor angeordnet sind.
Eine Reibungsvakuumpumpe dieser Art ist aus der DE-U-80 27 697 bekannt. Beim Betrieb von Pumpen dieser Art ist in der Regel eine Kühlung erforderlich. Eine Wasserkühlung ist zwar sehr wirksam, macht aber den Betrieb der Pumpe vom Vorhan¬ densein eines Kühlwasseranschlusses abhängig. Außerdem ist der für die Wasserkühlung erforderliche Konstruktionsaufwand an der Pumpe selbst relativ hoch. Weiterhin ist es bekannt, eine separate, von außen auf das Pumpengehäuse aufsetzbare Luftkühleinheit mit einem Ventilator zu verwenden. Zum einen kühlt eine derartige Kühleinheit nur die äußere Oberfläche des Pumpengehäuses, ist also in ihrer Kühlwirkung begrenzt. Zum anderen sind zusätzliche Anschlußarbeiten erforderlich, wenn eine Kühlung benötigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibungsvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art mit einer verbesserten und einfacher zu handhabenden Luftkühlung auszurüsten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ihre Gehäusewandung mit Luftansaug- und Luftaustrittsöffnungen ausgerüstet ist und daß in ihrem Gehäuse ein Lüfter inte¬ griert ist.
Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Pumpe sind Montage¬ arbeiten nicht mehr erforderlich, wenn eine Kühlung benötigt wird. Da sich der Lüfter im Gehäuse, vorzugsweise seitlich neben dem Antriebsmotor befindet, ist die Kühlwirkung besonders gut. Die gekühlte Oberfläche der Pumpe wirkt effektiver als dieses durch äußere (lageabhängige) Kühlrip¬ pen möglich ist. Außerdem ist die Fläche für die Wärmeüber¬ tragung deutlich größer als bei einer verrippten äußeren Oberfläche, da das Gehäuse auch mit der Innenfläche zur Kühlung beiträgt. Der Zusatzlüfter, der bei Bedarf zuge¬ schaltet werden kann, fördert die Luft direkt an die Stel¬ len, die Wärme erzeugen und damit das höchste Temperaturni¬ veau haben. Dadurch wird die "Kühlkette" (Wärmeübergänge, Wärmeleitstrecken, Wärmekapazitäten, Wärmedurchgangsstrecken etc. ), über die beim Stand der Technik die Wärme transpor¬ tiert werden muß, bei stetig sinkendem Temperaturniveau kürzer, so daß der Zusatzlüfter kleiner dimensioniert und damit sogar in die Pumpe integriert werden kann.
Zweckmäßig wird der eingebaute Lüfter derart betrieben, daß er von einem Temperaturfühler gesteuert wird. Die Pumpe ist dann ständig vor einer unerwünschten Temperaturerhöhung geschützt.
Sind in der Gehäusewandung der Pumpe Einlaßöffnungen für die kalte Zuluft und Auslaßöffnungen für die warme Abluft vorgesehen, dann läßt sich durch geschickte StrömungsZufüh¬ rung eine Kaminwirkung erzielen, die die Wandung von innen und außen umströmt und damit eine natürliche Zwangslüftung erzeugt. Diese kühlt zusätzlich und effektiver als die ohnehin vorhandene freie Konvektion an der Außenseite der Wandung. Die Luftführung ist so gewählt, daß die Kühlwirkung 'inabhängig von der Lage der Pumpe ist. Aufgrund einer Konischen Gehäusegestaltung wird erreicht, daß der Luftstrom auch bei in einer Anlage eingebauten Pumpe durch angrenzende Teile nicht behindert ist. Außerdem steht im Antriebsbereich ausreichend Platz zur Verfügung, um alle notwendigen Bau¬ teile, unter anderem den Lüfter, im Gehäuse bei axial kurzer Bauweise unterbringen zu können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbei¬ spielen erläutert werden.
Bei allen in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungs¬ beispielen sind die Pumpe selbst mit 1, ihr Einlaß mit 2 und ihr Auslaß mit 3 bezeichnet. Das Gehäuse der Pumpe 1 umfaßt die beiden Abschnitte 4 und 5.
Der Gehäuseabschnitt 4 umgibt den Stator 6 und den Rotor 7 der Reibungspumpe. Die Figuren 1 und 4 zeigen, daß Bestand¬ teile der Reibungspumpe Turbomolekularpumpenstufen 8 und Siegbahnpumpenstufen 9 sind.
Der Gehäuseabschnitt 5 umgibt den Antriebsmotor 11, dessen Stator mit 12 und dessen Rotor mit 13 bezeichnet ist. Der Gehäuseabschnitt 5 ist Bestandteil eines Chassis' 14 mit dem Innenraum 15, in dem sich der Antriebsmotor 11 und weitere Bauteile befinden. Im übrigen ist das Chassis 14 Träger aller weiteren Bauteile der Pumpe 1. Auf der dem Einlaß 2 gegenüberliegenden Stirnseite ist der Innenraum 15 mit der Scheibe 16 abgedeckt.
Im Chassis 14 ist auch die den Rotor 7 tragende Welle 17 gelagert, und zwar derart, daß sich der Rotor 13 des An¬ triebsmotors 11 zwischen ihren Lagern 18 und 19 befindet. Der Rotor 13 befindet sich innerhalb eines Raumes 20, der vom Chassis 14 und von einem Spaltrohr 21 gebildet wird. Dieser Raum 20 ist nach außen gasdicht. Dadurch läuft der Rotor 13 des Antriebsmotors 11 im Vakuum, während sich der Motorstator 12 außerhalb des Vakuums befindet. Damit ist keine gasdichte Durchführung erforderlich.
Innerhalb des Raumes 20 befindet sich auch die Feder 22, die der Erzeugung der Lageranstellkräfte dient. Sie ist der antriebsseitigen Stirnseite der Welle 17 zugeordnet und als konische Spiralfeder ausgebildet. Im Vergleich zu den sonst in diesem Bereich verwendeten Tellerfedern hat eine konisch gestaltete Spiralfeder eine wesentlich flachere Kennlinie, so daß eine von Toleranzen unabhängige, im wesentlichen gleichbleibende Anstellkraft sichergestellt ist. Gegenüber zylindrischen Spiralfedern hat eine konisch gestaltete Spiralfeder den Vorteil, daß ihre axiale Länge kleiner ist.
Das Äußere der gesamten Pumpe 1 ist im wesentlichen konisch gestaltet. Der Querschnitt ihres Gehäuses bzw. ihrer Gehäu¬ seabschnitte 4, 5 erweitert sich vom Einlaß 2 zur Antriebs¬ seite hin. Diese Maßnahme erlaubt eine axial kurze Bauweise, da auf der Antriebsseite ausreichend Platz zur Verfügung steht, um mehrere der dort angeordneten Bauteile nebenein¬ ander anordnen zu können.
Unter anderem befindet sich im Innenraum 15 des Chassis' 14 ein Lüfter 23. Er ist seitlich neben dem Antriebsmotor 11 angeordnet und kann entweder dauernd in Betrieb sein oder von einem nicht dargestellten Temperaturfühler gesteuert werden. Eine ausreichende Kühlung der Pumpe, insbesondere ihres Antriebsmotors 11, ist dadurch sichergestellt.
Schließlich sind alle in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele mit einer ebenen Anschlußfläche 24 ausgerüstet. Sie ist das Ergebnis des Schnittes einer Ebene mit dem Gehäuseabschnitt 5. Auf der Anschlußflache 24 sind alle Bedienungselemente (VorvakuumanSchluß 3, Stecker 25 für den Frequenzwandler, Belüftungsanschluß 26) konzentriert und dadurch in jeder Lage der Pumpe zugänglich und leicht zu handhaben.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 3 erstreckt sich die die Anschlußfläche 24 erzeugende Ebene parallel zur Welle 17 der Pumpe 1. Auf der der Anschlußflä¬ che 24 gegenüberliegenden Seite des Chassis 5 ist ebenfalls eine ebene Fläche 27 mit einer Öffnung 28 vorgesehen. Diese mit einem Gitter 29 ausgerüstete Öffnung 28 dient als Ansaugöffnung für den daneben angeordneten Lüfter 23. Die angesaugte Kühlluft tritt durch Öffnungen 31 und 32 wieder aus, nachdem sie den Antriebsmotor 11 umströmt hat. Die Öffnungen 31 befinden sich in der den Innenraum 15 des Chassis' 14 abdeckenden Scheibe 16. Die Öffnungen 32 münden in eine Nut 33, die sich zwischen den Gehäuseabschnitten 4 und 5 befindet.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 4 bis 6 bildet die die Anschlußfläche 24 erzeugende Ebene mit der Welle 17 einen Winkel, und zwar derart, daß die Anschlu߬ fläche 24 im Vergleich zur Anschlußfläche 24 bei dem Aus- führungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 größer ist. Außerdem befinden sich die dem Lüfter 23 zugeordneten Ansaugöffnungen 34 und 35 ebenfalls in der Scheibe 16 bzw. in der Nut 33.

Claims

Reibungsvakuumpumpe mit KühlungPATENTANSPRÜCHE
1. Einflutige Reibungsvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (4, 5), in dem axial hintereinander ein Einlaß (2), die pumpaktiven Flächen (8, 9) und ein Antriebsmotor (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Gehäusewandung mit Luftansaug- und Luftaustrittsöff¬ nungen ausgerüstet ist und daß in ihrem Gehäuse (4, 5) ein Lüfter (23) integriert ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (23) seitlich neben dem Antriebsmotor (11) angeordnet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehäuse (4, 5) zweiteilig ausgebildet ist, daß der Gehäuseabschnitt (4) einen Stator (6) und einen Rotor (7) umgibt und daß der Gehäuseabschnitt (5) den Antriebsmotor (11) umgibt.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (5) Bestandteil eines Chassis' (14) mit dem Innenraum (15) ist, in welchem sich der An¬ triebsmotor (11) befindet, und daß die offene Stirnseite des Innenraums (15) mit einer Scheibe (16) abgedeckt ist.
5. Pumpe nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) mit Lufteintrittsöffnungen (35) und Luftaustrittsöffnungen (31) ausgerüstet ist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß Lufteintrittsöffnungen (34) und Luftaustrittsöffnungen (32) in einer im Gehäuse der Pumpe (1) umlaufenden Nut (33) münden.
7. Pumpe nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut (33) zwischen den beiden Gehäuseab¬ schnitten (4, 5) befindet.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß im Chassis (14) die den Rotor (7) tragende Welle (17) gelagert ist, und zwar derart, daß sich der Rotor (13) des Antriebsmotors (11) zwischen ihren Lagern (18, 19) befindet.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Chassis (14) und ein Spaltrohr (21) einen gasdichten Raum (20) bilden, in welchem sich der Motorstator (12) befindet.
10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der antriebsseitigen Stirnseite der Welle (17) zugeordnete, konische Spiralfeder (22) der Erzeugung der Lageranstellkräfte dient.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehäuse derart gestaltet ist, daß es sich im wesentlichen konisch vom Einlaß (2) zur Antriebsseite hin erweitert.
12. Pumpe nach Anspruch 3 und Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (5) mit einer ebenen Anschlußflache (24) ausgerüstet ist, auf der sich ein Vorvakuumanschluß (3), ein Stecker (25) für einen Frequenzwandler und/oder ein Belüftungsanschluß (26) befinden.
13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anschlußfläche (24) parallel zur Welle (17) erstreckt.
14. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (24) mit der Welle (17) einen Winkel bildet, und zwar derart, daß die Anschlußfläche (24) vergrößert und von mehreren Seiten zugänglich ist.
15. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des im Pumpengehäuse integrierten Lüfters (23) ein Temperaturfühler vorge¬ sehen ist.
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