WO2004099622A1

WO2004099622A1 - Turbopumpe

Info

Publication number: WO2004099622A1
Application number: PCT/EP2004/004713
Authority: WO
Inventors: Christian Beyer; Heinrich Engländer
Original assignee: Leybold Vakuum Gmbh
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2004-11-18
Also published as: DE10320851A1; TW200506222A

Abstract

Die Turbovakuumpumpe zur Erzeugung eines Hochvakuums weist eine mit hoher Drehzahl rotierende Rotorwelle (15) auf, die in zwei Wälzlagern (21,21a) gelagert ist. Der Aussenring (34) eines Wälzlagers ist in axialer Richtung durch eine Magnetanordnung aus zwei ringförmigen Magneten (35,36) vorgespannt, zwischen denen ein Luftspalt (37) gebildet ist. Dadurch wird die Übertragung von geräuschbildenden Schwingungen von dem Rotor auf das Gehäuse (12) verhindert.

Description

Turbopumpe

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe oder eine Turbovakuumpumpe und insbesondere die Lagerung der Rotorwelle in einer Turbovakuumpumpe.

In DE 197 09 205 AI (Leybold) ist eine Vakuumpumpe mit Wellenlagerung beschrieben, bei der die Rotorwelle in Wälzlagern gelagert ist. Die Wälzlager sind Kugellager, deren Außenring jeweils an dem Gehäuse axial abgestützt ist. Der Außenring sitzt in einer Gleithülse, die von einem dämpfenden elastomeren O-Ring umgeben ist . Eine schnelllaufende Turbopumpe ähnlicher Art ist in DE 199 55 517 AI (Leybold) beschrieben. Auch hierbei ist der Außenring des die Rotorwelle lagernden Kugellagers in physischem Kontakt zu dem Gehäuse an diesem abgestützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Turbovakuumpumpe die Lagerung der Rotorwelle im Hinblick auf die auf das Gehäuse übertragenen Rotorschwingungen zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach besteht die Abstützvorrichtung, die den Außenring eines Wälzlagers gehäuseseitig abstützt, bei mindestens einem Wälzlager aus einer Magnetanordnung aus zwei sich abstoßenden, einen axialen Luftspalt bildenden Magneten.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung bewirkt eine berührungslose axiale Abstützung der Lager am Gehäuse, wodurch die Übertragung von Rotorschwingungen auf das Gehäuse verringert wird. An den Lageranlageflächen zum Gehäuse sind je zwei abstoßend wirkende Magnetringpaare installiert, die einen sehr geringen Luftspalt bilden. Der Luftspalt ist nur in der Größenordnung des Wellenspiels. Jeweils ein Ring stützt sich gegen das Gehäuse ab und der andere Ring gegen den Außenring des Wälzlagers. Die negative Steifigkeit der Magnetanordnung sorgt für die erforderliche Vorspannung der Kugellager. Durch die berührungslose axiale Abstützung der Lager wird die zusätzliche Übertragung radialer Schwingbewegungen durch Reibung vermieden. Ebenso werden Fluchtungsfehler der Lageraußenringe zueinander kompensiert . Die Erfindung ist insbesondere bei schnelllaufenden Turbovakuumpumpen anwendbar, bei denen die Drehzahl über 15.000 U/min liegt. Besonders günstige Auswirkungen hat die Erfindung in einem Drehzahlbereich oberhalb von 27.000 U/min. Die Erfindung ist anwendbar bei Turbomolekularpumpen und anderen Turbovakuumpumpen, wie beispielsweise Turbostream-Pumpen.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Außenring des Wälzlagers in einer Gleithülse des Gehäuses axial bewegbar geführt. Die^' Gleithülse kann in einem elastischen O-Ring beweglich gehalten sein.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus- führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert .

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Turbomolekularpumpe, und

Fig. 2 eine vergrößerte. Darstellung der Einzelheit II aus Figur 1.

Die dargestellte Turbomolekularpumpe weist einen Stator 10 mit zahlreichen nach innen abstehenden Statorscheiben 11 auf, der in dem Pumpenteil 12b eines Gehäuses 12 montiert ist. Das Gehäuse 12 enthält außerdem einen Motorteil 12a.

Zwischen die Statorscheiben 11 ragen Rotorscheiben 13 eines Rotors 14. Die Abstände zwischen den Stator- und Rotorscheiben liegen in der Größenordnung von Millimetern. Wenn die Umfangs- geschwindigkeit am Außenrand der Rotorscheiben in die Größenordnung der mittleren thermischen Geschwindigkeit der zu pumpenden Gasmoleküle kommt, wird die Pumpwirkung in dem angestrebten Umfang erreicht. Dies ist bei Rotordrehzahlen von etwa 36.000 U/min bis zu 72.000 U/min der Fall.

Der Rotor 14 ist an einer Rotorwelle 15 montiert, die in dem Motorteil 12a des Gehäuses 12 mit zwei Lagervorrichtungen 16 und 17 gelagert ist. Zwischen den beiden Lagervorrichtungen 16,17 ist auf der Rotorwelle 15 der Läufer 18 befestigt. Dieser weist mehrere verteilt angeordnete Permanentmagnete auf. In einer Ausnehmung des Motorteils 12a des Gehäuses befinden sich die Wicklungen 19 des Motors 20. Die Ausnehmung ist mit einer für Magnetfelder durchlässigen Hülse 24 abdichtend verschlossen.

Die dem Rotor 14 zugewandte Lagervorrichtung 16 ist in einer Bohrung des Motorteils 12a angeordnet. Sie enthält ein Wälzlager 21, das hier als Kugellager ausgebildet ist, und eine axial wirkende Abstützvorrichtung.

Die Lagervorrichtung 17 des rückwärtigen Endes der Rotorwelle ist in einem Gehäusedeckel 23 des Motorteils 12a untergebracht. Sie enthält ebenfalls ein Wälzlager 21a und eine magnetische Abstützvorrichtung 22a.

Während des Betriebes rotiert die Rotorwelle 15 mit einer Drehzahl von über 27.000 U/min, wodurch der Rotor 14 ebenfalls rotiert. Dadurch entsteht in dem Pumpenteil 12b des Gehäuses 12 ein Hochvakuum. Der Auslass der Pumpe ist dabei mit einer Vorvakuumpumpe verbunden, die das ausgestoßene Gas gegen Atmosphäre verdichtet. Aus diesem Grund ist der Pumpenteil gegenüber dem Motorteil durch mehrere Dichtungen 25,26 und 27 abgedichtet, wobei das Innere der Hülse 24 dem Vakuumbereich zuzuordnen ist.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird nachstehend die Lagervorrichtung 16 beschrieben. Die Lagervorrichtung 17 ist in entsprechender Weise ausgeführt.

Das Wälzlager 21 weist einen Innenring 30 auf, der auf einem Abschnitt der Rotorwelle 15 sitzt und gegen eine Ringschulter 31 der Rotorwelle drückt. Der Innenring 30 ist auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Hülse 32 abgestützt, die mit ihrem Ende gegen eine Wand 33 des Pumpenteils 12b drückt. Durch eine Spannvorrichtung 29 (Figur 1) ist der Innenring 30 axial unverrückbar auf der Rotorwelle 15 fixiert.

Auf den Außenring 34 wirkt von der Rotorseite her (in den Zeichnungen: von oben) eine Stützkraft, die durch die Abstütz- vorrichtung 22 erzeugt wird. Diese Stützkraft ist bestrebt, den Außenring 34 nach unten zu drücken und ein Bewegen nach oben zu verhindern. Ein Auswandern des Außenringes nach unten wird durch die Konstruktion des Kugellagers verhindert.

Die Abstützvorrichtung 22 besteht aus einer Magnetanordnung aus einem ersten Magneten 35, der an dem Motorteil 12a abgestützt ist und einem zweiten Magneten 36, der an dem Außenring 34 des Wälzlagers 21 abgestützt ist. Beide Magnete 35,36 sind Ringmagnete, die die Hülse 32 umgeben und axial zur Rotorwelle magnetisiert sind. Es handelt sich um Dauermagnete, deren gleiche Pole (z.B. Nordpole) einander zugewandt sind, so dass die Magnete 35,36 sich gegenseitig abstoßen. Das Lager mit der Magnetanordnung ist so positioniert, dass zwischen den Magneten 35,36 ein sehr geringer Luftspalt 37 in der Größenordnung eines Zehntel Millimeters besteht.

Der Außenring 34 des Wälzlagers 21 ist in einer Gleithülse 38 enthalten, welche ihrerseits in einer entsprechenden Ausnehmung des Pumpenteils 12b des Gehäuses geführt ist. In einer Innenringnut 39 der Ausnehmung sitzt ein aus Elastomermaterial bestehender O-Ring 40, der in eine äußere Ringnut der Gleithülse 38 hineinragt. Der O-Ring 40 ermöglicht eine gewisse Anpassungsfähigkeit der Gleithülse 38 an Fluchtungsfehler und er wirkt andererseits schwingungsdämpfend .

Die Lagervorrichtung 17 am rückwärtigen Ende der Rotorwelle 15 ist generell in gleicher Weise ausgebildet. Sie weist zwei ringförmige Magnete 35,36 auf, die axial polarisiert und mit gleichnamigen Polen einander zugewandt sind. Der äußere Magnet 35 ist in dem Deckel 23 des Motorteils 12a abgestützt und der andere Magnet 36 ist an dem Außenring des Wälzlagers 21a abgestützt. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist auch hier eine Gleithülse 38 vorgesehen. Die Gleithülse ist jedoch in beiden Fällen nicht zwingend erforderlich.

Claims

PATENTANSPRUCHE

Turbovakuumpumpe mit einem Gehäuse (12), das den Stator eines Motors (20) enthält, und mit einer Rotorwelle (15) , die in Wälzlagern (21,21a), welche einen Innenring (30) und einen Außenring (34) aufweisen, in dem Gehäuse (12) gelagert ist, wobei der Außenring (34) des Wälzlagers mit einer elastischen Abstützvorrichtung (22) an dem Gehäuse (12) abgestützt, ist',

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass bei mindestens einem der Wälzlager (21,21a) die Abstützvorrichtung (22) aus einer Magnetanordnung aus zwei sich abstoßenden, einen axialen Luftspalt (37) bildenden Magneten (35,36) besteht.

Turbovakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (35,36) Ringmagnete mit axialer Polarisierung sind.

Turbovakuumpumpe nach Anspruch 1 oder , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (34) des Wälzlagers in einer Gleithülse (38) des Gehäuses (12) axial bewegbar geführt ist.

Turbovakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (38) in einem elastischen O-Ring (40) beweglich gehalten ist.