WO2010142633A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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WO2010142633A1
WO2010142633A1 PCT/EP2010/057902 EP2010057902W WO2010142633A1 WO 2010142633 A1 WO2010142633 A1 WO 2010142633A1 EP 2010057902 W EP2010057902 W EP 2010057902W WO 2010142633 A1 WO2010142633 A1 WO 2010142633A1
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WO
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bearing
vacuum pump
pump according
shaft
compensation element
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PCT/EP2010/057902
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Markus Henry
Rainer Hölzer
Ernst Schnacke
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Leybold GmbH
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Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F16C2360/45—Turbo-molecular pumps

Definitions

  • Vacuum pumps have in a pump housing a pumping element, which is a pump rotor in turbomolecular pumps.
  • the pumping element is carried by a shaft.
  • the Welie is supported by two bearing arrangements in the pump housing.
  • the storage takes place via a loose bearing and a fixed bearing,
  • the loose bearing which may be designed in particular as a passive magnetic bearing
  • there is an axial bias of the fixed bearing which is either also a magnetic bearing or order a ball bearing.
  • a first bearing arrangement of the two WeHe bearing assemblies at least partially compensation for the axial displacement, between the bearing housing connected to the pump housing and the time associated with the bearing element a Kornpensationselement.
  • the compensation element exerts an oppositely directed axial force on this bearing.
  • the axial extent of the shaft carrying the rotor or rotors is usually greater than the corresponding extent of the pump housing.
  • the inventive provision of a force acting on one of the two bearing elements compensation elements, the different axial extent of the shaft and the pump housing can be at least partially, in particular substantially completely compensated.
  • the compensation element such that it acts on the bearing element connected to the shaft. If the axial extent of the shaft is in turn greater than that of the housing, the compensation element counteracts the displacement of the shaft connected to the bearing element caused by the thermal expansion of the shaft.
  • the provision of two compensation elements is possible, with a compensation element connected to the shaft Bearing element and the other compensation element acts on the bearing element connected to the housing.
  • the compensation direction of the two compensation element are in this case directed in the opposite direction.
  • the compensation element is in this case arranged as well as the bearing elements preferably annular, in particular annular. It is particularly preferred in this case to use a compensation element which has a material which essentially has a particularly high thermal expansion coefficient.
  • a compensation element which has a material which essentially has a particularly high thermal expansion coefficient.
  • compensation material with isotropic thermal expansion behavior is suitable.
  • polymers are suitable as materials.
  • the compensation element is not in a closed chamber, but is not limited in particular in the radial direction, it is preferred that the compensation material is an anisotropic Materia!
  • the material is designed or arranged such that it has a high coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction or in the axial direction of the shaft and at the same time has a high rigidity in the radial direction and at the same time the thermal expansion in the radial direction is small .
  • Suitable as such compensation element is, for example, a circumferentially wound CFRP sleeve.
  • the compensation material may also be suitable pasty or fluid materials.
  • the compensation element is a ring, in particular made of an elastomeric material, or a single ring arranged along a circumference and forming the compensation element
  • the material of the compensation element is particularly preferable to select the material of the compensation element as a function of the axial displacement occurring in the operating state such that the required preload force on the fixed bearing is maintained by the thermal expansion coefficient of the material of the compensation element, essentially over the entire operating state.
  • the compensation element wherein the material has a corresponding coefficient of thermal expansion.
  • the coefficient of thermal expansion of the compensation material should be greater than the thermal expansion coefficient of the shaft material.
  • the thermal expansion coefficient and the axial extent of the compensation element are in this case preferably dimensioned such that an allowable axial force change is not exceeded.
  • an axial force change of 50% of the initial value at 20 ° C. can be defined as permissible.
  • a limiting element bounding the radial extension is preferably provided.
  • the limiting element is preferably also of annular design. If the compensating element acts, for example, on the bearing element connected to the pump housing, then the compensation element is preferably arranged in the radial direction between a housing wall and an annular limiting element arranged inside the compensation element. Accordingly, when the compensation element on the with ⁇ O ⁇
  • the Welie connected LagereSement acts the Kompe ⁇ sationseleme ⁇ t disposed between an outer side of the Welie and the compensating element surrounding, in particular annular limiting element.
  • the first bearing element is designed as a magnetic bearing, in particular a permanent magnet bearing.
  • the second, serving as a fixed bearing bearing element is formed in a preferred embodiment as a rolling bearing, in particular as a ball bearing.
  • the individual magnetic elements of the two bearing elements of the magnetic bearing are offset axially to each other this slight axial offset is maintained according to the invention due to the provision of Kompe ⁇ sationselements substantially over the entire operating state. This ensures that the axial preload acting on the fixed bearing is maintained over the entire operating state.
  • the bearing element of the first bearing arrangement ie in particular of the magnetic bearing on which the compensation element acts, is preferably held axially displaceable.
  • the bearing element is correspondingly slidably connected to the pump housing or with the shaft in the axial direction.
  • a back element is provided in order to ensure a reset of the corresponding bearing element during cooling of the components and thus during cooling of the compensation element.
  • the restoring element which is formed for example as a spring, preferably arranged on the compensation element in the axial direction opposite side of the corresponding bearing element
  • a separate return element can be omitted if the compensation device in the axial direction fixed to the corresponding Bearing element is connected so that a contraction of the compensation element causes a dragging of the corresponding bearing element due to temperature decreases.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a first preferred embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view of that shown in FIG.
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a second preferred embodiment
  • the shaft 12 is supported in the illustrated exemplary embodiment by a first bearing element 24 serving as a loose bearing and by a second bearing element 26 designed as a fixed bearing.
  • the second bearing element 26 is formed in the illustrated embodiment as a ball bearing.
  • the first bearing element 24 is a magnetic bearing.
  • a Compensation element 32 is provided.
  • the compensation element 32 is annular in the illustrated embodiment and is preferably made of a material having a substantially axial coefficient of thermal expansion, so that the outer bearing element 28 despite the different thermal expansion of the shaft 12 and the Housing 10 is not displaced in the axial direction relative to the inner bearing member 30.
  • a restoring element 40 designed, for example, as a spring is provided on the opposite side of the outer bearing element 28 in the axial direction of the compensation element 32.
  • the compensation element 32 is again pressed together so that the axial displacement between the inner bearing elements 30 and the outer bearing element 28 is maintained even when the operating temperature is reduced. It is also possible to apply a tensile force via the compensation element 32 and the transmission element 38 for this purpose. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the compensation of the compensation element 32 thus acts in the same direction 31 as the thermal expansion of the shaft 12.
  • FIGS. 3 to 5 are identical and similar components are identified by the same reference numerals.
  • the period 12 in the region of the bearing assembly 24 is formed as a hollow shaft.
  • the bearing element 28 connected to the welie is arranged on the inside of the hollow shaft.
  • the bearing element 28 is arranged opposite the bearing element 30 on a cylindrical protruding into the hollow shaft projection 42 of the housing and formed according to the bearing element described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • a compensation element 32 is provided, which acts on the bearing member 30 to compensate for axial displacements due to thermal expansion.
  • the shaft 12 is again formed in accordance with the principalsbeispieis shown in Figure 1 as a solid shaft.
  • the compensation element 32 acts on the bearing element 30 connected to the shaft 12. The compensation element 32 thus counteracts the direction 31 of the thermal expansion of the shaft 12 (arrow 44).
  • the shaft 12 is again formed according to Figure 3 as a hollow shaft.
  • the compensation element 32 is in turn arranged such that it acts on the connected to the shaft 12 bearing member 30.
  • the compensation direction 44 is thus in turn opposite to the direction of thermal expansion 31 of the shaft 12.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe wie eine Turbomolekularpumpe weist ein Pumpelement (14) auf, das von einer Welle (12) getragen wird. Die Welle (12) ist in einem Pumpengehäuse (10) mittels einer ersten Lageranordnung (24) und einer zweiten Lageranordnung (26) gelagert. Zur Kompensation von im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Welle (12) sowie des Pumpengehäuses (10) weist die erste Lageranordnung (24) zur zumindest teilweisen Kompensation axialer Verschiebungen ein Kompensationselement (32) auf.

Description

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Ihr Zeichen : P09.10
07.06.2010
Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularvakuumpumpe.
Vakuumpumpen weisen in einem Pumpengehäuse ein Pumpelement auf, bei dem es sich bei Turbomolekuiarpumpen um einen Pumpenrotor handelt. Das Pumpelement ist von einer Welle getragen. Die Welie ist durch zwei Lageranordnungen im Pumpengehäuse gelagert. Üblicherweise erfolgt die Lagerung über ein Los-Lager und ein Fest-Lager, Über das Los-Lager, das insbesondere als passives Magnetlager ausgeführt sein kann, erfolgt eine axiale Vorspannung des Fest-Lagers, bei dem es sich entweder ebenfalls um ein Magnetlager oder um ein Kugellager handelt. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des die einen Lagerelemente tragenden Pumpengehäuses und der die anderen Lagerelemente tragenden Welle wird eine Axialverschiebung hervorgerufen. Dies hat zur Folge, dass beispielsweise bei einem als Kugellager ausgebildeten Fest-Lager und einem als Hagnetlager ausgebildeten Los-Lager eine axiale Verschiebung der beiden Lagerelemente des Magnetlagers hervorgerufen wird. Aufgrund dieser axialen Verschiebung der beiden Lagerelemente des Magnetlagers ändert sich dessen Axialkraft, Dies hat zur Folge, dass sich die axiale Vorspannung in dem Fest-Lager über den Betriebszustand verändert. Hierbei können negative Betriebszustände auftreten, bei denen z. B. keine axiale Vorspannkraft mehr auf das Fest-Lager wirkt. Bei Turbomoiekularpumpen kann eine Erwärmung auf bis zu 1300C erfolgen. In Abhängigkeit insbesondere des Temperaturunterschiedes zwischen der Welle und dem Pumpengehäuse sowie der verwendeten Materialien können erhebliche Verschiebungen in axialer Richtung auftreten. Beispielsweise kann eine hybridgelagerte Turbomolekularpumpe eine radiale Steifigkeit des Magnetlagers in der Größenordnung von 300N/mm erfordern. Hierdurch würde eine axiale Steifigkeit von ca. 600N/mm erzeugt. Bereits aufgrund einer Axialverschiebuπg von 0,2mm würde sich die zuvor eingestelite axiale Lagerkraft um ca. 200N verändern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe zu schaffen, bei der über den gesamten Betriebszustand auf das Fest-Lager eine axiale Vorspannkraft, vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante axiale Vorspannkraft wirkt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß weist eine erste Lageranordnung der beiden die WeHe tragenden Lageranordnungen, zur zumindest teiiweisen Kompensation der axialen Verschiebung, zwischen dem mit dem Pumpengehäuse verbundenen Lagerelement und dem mit der Weile verbundenen Lagerelement ein Kornpensationselement auf. Durch Vorsehen eines derartigen Kompensationselements, das eine aufgrund der Wärmeausdehnung hervorgerufene Verschiebung der Lagerelemente zueinander zumindest teilweise kompensiert, ist es möglich, die auf das Fest-Lager wirkende axiale Vorspannung während des gesamten Betriebszustandes möglichst konstant zu erhalten. Insbesondere ist es bei einer geeigneten Wahl des Materials des Kompensationseiements möglich, die axiale Verschiebung im Wesentlichen vollständig zu kompensieren, so dass die auf das Fest-Lager wirkende axiale Vorspannkraft im Wesentlichen über den Gesamtbetriebszustand konstant bleibt. Das Kompensationselement ist vorzugsweise erfindungsgemäß derart angeordnet, dass es nur auf eines der beiden Lagerelemente wirkt. Hierbei kann durch Untersuchungen ermittelt werden, welches der beiden Lagerelemente eine größere axiale Verschiebung durchführt, so dass das Kompensationselement auf dieses Lager eine entgegengerichtete Axialkraft ausübt. Bei Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen ist die axiale Ausdehnung der den oder die Rotoren tragenden Welle üblicherweise größer als die entsprechende Ausdehnung des Pumpengehäuses. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines auf eines der beiden Lagerelemente wirkenden Kompensationselemente kann die unterschiedliche axiale Ausdehnung der Welle und des Pumpengehäuses zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig kompensiert werden. Hierbei ist es bei einer ersten Ausführungsform möglich, das Kompensationselement derart anzuordnen, dass es auf das mit dem Pumpengehäuse verbundene Lagerelement einwirkt. Sofern die axiale Ausdehnung der Welle größer ist als diejenige des Pumpengehäuses erfolgt somit eine Art Nachführen des mit dem Pumpengehäuse verbundenen Lagerelements. Die aufgrund der Wärmeausdehnung des Rotors erfolgende Verschiebung des mit der Welle verbundenen Lagerelements und die durch das Kompensationselement hervorgerufene Verschiebung des mit dem Gehäuse verbundenen Lagerelements ist hierbei in die gleiche Richtung gerichtet.
Ebenso ist es möglich, das Kompensationselement derart anzuordnen, dass es auf das mit der Welle verbundene Lagerelement wirkt. Wenn die axiale Ausdehnung der Welle wiederum größer ist als die des Gehäuses wirkt das Kompensationselement der durch die Wärmeausdehnung der Welle hervorgerufene Verschiebung des mit der Welle verbundenen Lagerelements entgegen.
Gegebenenfalls ist auch das Vorsehen von zwei Kompensationselementen möglich, wobei ein Kompensationselement auf das mit der Welle verbundene Lagerelement und das andere Kompensationselement auf das mit dem Gehäuse verbundene Lagereiement einwirkt. Die Kompensationsrichtung der beiden Kompensationselement sind hierbei in entgegengesetzte Richtung gerichtet. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass die durch das jeweilige Kompensationselement hervorzurufende axiale Verschiebung des jeweiligen Lagerelements geringer ist, da die beiden Lagereiemente in einander entgegengesetzte Richtungen verschoben werden, so dass durch jedes der beiden Kompensationseiemente nur ein Teil der axialen Kompensation realisiert werden muss.
Das Kompensationselement ist hierbei wie auch die Lagerelemente vorzugsweise ringförmig angeordnet, insbesondere ringförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, ein Kompensationselement einzusetzen, das ein Material aufweist, das im Wesentlichen einen insbesondere hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Bei einer Anordnung in einem allseits durch Materialien hoher Steifigkeit begrenzten Volumen, d.h. einem in einer geschlossenen Kammer angeordneten Kompensationselernent eignet sich Kompensationsmaterial mit isotropem Wärmeausdehnungsverhalten. Hierbei sind als Materialien insbesondere Polymere geeignet. Befindet sich das Kompensationselement nicht in einer geschlossenen Kammer, sondern ist insbesondere in radialer Richtung nicht begrenzt, ist es bevorzugt, dass das Kompensationsmaterial ein anisotropes Materia! aufweist, insbesondere aus anisotropem Material besteht Hierbei ist das Material derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass es in Längsrichtung bzw, in axialer Richtung der Welle einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und gleichzeitig in radialer Richtung eine hohe Steifigkeit aufweist und gleichzeitig die Wärmeausdehnung in radialer Richtung klein ist. Geeignet ist als derartiges Kompensationselement beispielsweise eine in Umfangsrichtung gewickelte CFK-Hülse. Bei dem Kompensationsmaterial kann es sich auch um geeignete pastöse oder fluide Materialien handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem Kompeπsationseiement um einen insbesondere aus eSastomerem Material hergestellten Ring oder einzelne entlang einer Kreislinie angeordnete, das Kompensationselement ausbildenden
Einzelteile.
Besonders bevorzugt ist es, das Material des Kompensationselements in Abhängigkeit der im Betriebszustand auftretenden axialen Verschiebung derart auszuwählen, dass durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Kompensationselements, im Wesentlichen über den gesamten Betriebszustand die erforderüche Vorspannkraft auf das Fest-Lager aufrecht erhalten bleibt. Hierzu ist eine geeignete Materiaiwah! des Kompensationselements bevorzugt, wobei das Material einen entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Im Temperaturbereich von 00C bis 12O0C soll der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kompensationsmaterials größer sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wellenmaterials. Der Wärmeausdehnungskoeffizient und die axiale Ausdehnung des Kompensationselements werden hierbei vorzugsweise so bemessen, dass eine zulässige Axialkraftänderung nicht überschritten wird. Für zulässig kann beispielsweise eine Axialkraftänderung von 50% des Anfangswertes bei 200C festgelegt werden.
Um eine radiale Ausdehnung des Kompensationselements zu verhindern oder zumindest gering zu halten, ist vorzugsweise ein die radiale Ausdehnung begrenzendes Begrenzungselement vorgesehen. Bei einem ringförmigen Kompensationselement bzw. entlang einer Kreislinie angeordneten einzelnen das Kompeπsationseiement ausbildenden Teilen, ist das Begrenzungselement vorzugsweise ebenfalls ringförmig ausgebildet. Wirkt das Kompensatioπseiement beispielsweise auf das mit dem Pumpengehäuse verbundene Lagerelement, so ist das Kompensationselement vorzugsweise in radialer Richtung zwischen einer Gehäusewand und einem innerhalb des Kompensationselements angeordneten ringförmigen Begrenzungselement angeordnet. Entsprechend ist, wenn das Kompensationselement auf das mit ~~ O ~
der Welie verbundenen LagereSement wirkt, das Kompeπsationselemeπt zwischen einer Außenseite der Welie und einem das Kompensationselement umgebenden, insbesondere ringförmigen Begrenzungselement angeordnet.
In bevorzugter Ausführungsform ist das erste Lagerelement als Magnetlager, insbesondere a!s Permanentmagnetiager ausgebildet. Das zweite, als Fest- Lager dienende Lagerelement ist in bevorzugter Ausfύhrungsform als Wälzlager, insbesondere als Kugellager ausgebildet.
Um eine Axialkraft durch das Magnetlager auf das Fest-Lager aufzubringen, sind die einzelnen Magnetelemente der beiden Lagerelemente des Magnetlagers zueinander axial versetzt Dieser geringfügige axiale Versatz wird erfindungsgemäß aufgrund des Vorsehens des Kompeπsationselements im Wesentlichen über den gesamten Betriebszustand beibehalten. Hierdurch ist sichergestellt, dass die auf das Fest-Lager wirkende axiale Vorspannung über den gesamten Betriebszustand erhalten bleibt.
Das Lagerelement der ersten Lageranordnung, d.h. insbesondere des Magnetlagers, auf das das Kompensationseiement wirkt, ist vorzugsweise axial verschiebbar gehalten. Je nach dem, ob das Kompensationselement auf das mit dem Pumpengehäuse oder das mit der Welle verbundene Lagerelement wirkt, ist das Lagerelement entsprechend mit dem Pumpengehäuse oder mit der Welle in axialer Richtung verschiebbar verbunden. Vorzugsweise ist ein RύcksteNelement vorgesehen, um beim Auskühlen der Bauteile und somit beim Auskühlen des Kompensationselements ein Zurückstellen des entsprechenden Lagerelements sicherzustellen. Hierbei ist das Rückstellelement, das beispielsweise als Feder ausgebildet ist, vorzugsweise auf der dem Kompensationselement in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite des entsprechenden Lagerelements angeordnet Es ist jedoch auch möglich, das Rückstellelement in das Kompensationselement zu integrieren. Auch kann ein gesondertes Rückstellelement entfallen, wenn die Kompensationseinrichtung in axialer Richtung fest mit dem entsprechenden Lagerelement verbunden ist, so dass ein Zusammenziehen des Kompensationselements aufgrund von Temperaturverringerungen ein Mitziehen des entsprechenden Lagerelements bewirkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die aniiegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten bevorzugten
Ausführungsform einer Turbomoiekuiarpumpe mit nicht aktivem Kompensationselement, das auf ein mit dem Gehäuse verbundenen Lagerelement wirkt,
Figur 2 eine Schnittansicht der in Figur 1 dargestellten
Turbomoiekuiarpumpe mit aktivem Kompensationseiement,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform einer Turbomoiekuiarpumpe mit nicht aktivem Kompensationselement, das auf ein mit dem Gehäuse verbundenen Lagerelement wirkt,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer Turbomoiekuiarpumpe mit nicht aktivem Kornpensatäonselement, das auf ein mit der Welle verbundenen Lagerelement wirkt, und
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer vierten bevorzugten
Ausführungsform einer Turbomoiekuiarpumpe mit nicht aktivem Kompensationselement, das auf ein mit der Welle verbundenen Lagereiement wirkt. Eine Turbomoiekuiarpumpe weist in einem Purnpengehäuse 10 einen auf einer Welle 12 angeordneten Rotor 14 auf. Der Rotor 14 weist mehrere radial verlaufende Rotorflügel 16 auf. Zwischen den Rotorflugein 16 sind sich ebenfalls radial erstreckende, in dem Gehäuse 10 fixierte Statorscheiben 18 angeordnet. Durch Rotation des Rotorelements 14, relativ zu den Statorscheiben 18, erfolgt ein Fördern von Medium durch einen im Gehäuse 10 vorgesehenen Einfass 22 in Richtung eines Auslasses 20.
Die Welle 12 Ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel durch ein als Los-Lager dienendes erstes Lagerelement 24 sowie durch ein als Fest-Lager ausgebildetes zweites Lagerelement 26 gelagert. Das zweite Lagerelement 26 ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel als Kugellager ausgebildet. Bei dem ersten Lagerelement 24 handelt es sich um ein Magnetlager.
Das Magnetlager weist gemäß einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung (Figur 1 und 2) als ein mit dem Gehäuse 10 verbundenes Lagerelement 28 drei Permanentmagnete auf. Das zweite Lagerelement ist auf der Welle 12 angeordnet und ebenfalls durch drei Permanentmagnete 30 verwirklicht. Zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft auf das Fest-Lager 26 ist das erste Lagerelement 28 gegenüber dem zweiten Lagerelement 30 axial versetzt angeordnet.
Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Welle 12 und des Gehäuses 10 erfolgt im Betrieb der Turbomoiekuiarpumpe bei herkömmlichen Turbomolekularpumpen ein, stärkeres axiales Verschieben der inneren Lagerelemente 30 in Figur 1 nach links, in Richtung des Pfeils 31, Um ein derartiges Verschieben zu kompensieren, ist erfindungsgemäß ein Kompensationselement 32 vorgesehen. Das Kompensationselement 32 ist im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ringförmig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus einem Material, das im Wesentlichen einen axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass das äußere Lagerelement 28 trotz der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Welle 12 und des Gehäuses 10 relativ zu dem inneren Lagereiement 30 nicht in axialer Richtung verschoben wird.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, vergrößert sich das Volumen des Kompensationseiements 32 aufgrund der auftretenden Erwärmung, Um sicherzustellen, dass keine oder nur eine geringe radiale Ausdehnung des Kompensationseiements 32 erfolgt, ist ein im dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmiges Begrenzungselement 34 vorgesehen.
Das Kompensationselement 32 ist somit zwischen einer Innenseite 36 des Gehäuses und dem ringförmigen Begrenzungseiement 34 angeordnet. Über ein verschiebbar gehaltenes, ebenfalls ringförmig ausgebildetes Übertragungselement 38 erfolgt ein Übertragen der durch die axiale Wärmeausdehnung des Kompensationselements 32 hervorgerufenen Verschiebung auf das äußere Lagerelement 28, Das Übertragungselement 38 ist derart ausgebildet, dass es das Begrenzungselement 34 in allen Betriebεzuständen axial teilweise überdeckt. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Kompensationselement stets innerhalb eines geschlossenen Raums angeordnet ist und somit eine radiale Ausdehnung des Kompensationseiements 32 verhindert ist.
Auf der in axiale Richtung dem Kompensationselement 32 gegenüberliegenden Seite des äußeren Lagerelements 28 ist ein beispielsweise als Feder ausgebildetes Rückstellelement 40 vorgesehen. Hierdurch wird bei Verringerung der Betriebstemperatur das Kompensationselement 32 wieder zusammengedruckt, so dass auch bei Verringerungen der Betriebstemperatur die axiale Verschiebung zwischen dem inneren Lagerelementen 30 dem äußeren Lagerelement 28 aufrecht erhalten bleibt. Ebenso ist es möglich, hierzu über das Kompensationseiement 32 und das Übertragungselement 38 eine Zugkraft aufzubringen. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsforrn wirkt die Kompensation des Kompensationselements 32 somit in dieselbe Richtung 31 wie die Wärmeausdehnung der Welle 12.
Die nachfolgenden Ausführungsformen (Figur 3 bis 5) sind identisch und ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei einer zweiten Ausführungsform (Figur 3) ist die Weile 12 im Bereich der Lageranordnung 24 als Hohlwelle ausgebildet. Das mit der Welie verbundene Lagerelement 28 ist auf der Innenseite der Hohlwelle angeordnet. Dem Lagerelement 28 ist gegenüberliegend das Lagerelement 30 auf einem zylindrischen in die Hohlwelle ragenden Ansatz 42 des Gehäuses angeordnet und entsprechend dem anhand Figur 1 und 2 beschriebenen Lagerelement ausgebildet. Entsprechend Figur 1 ist ein Kompensationselement 32 vorgesehen, das auf das Lagerelement 30 zur Kompensation von axialen Verschiebungen aufgrund von Wärmeausdehnung einwirkt.
Bei der in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsform ist die Welle 12 wiederum entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieis als Vollwelle ausgebildet. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispie! wirkt das Kompensationselement 32 auf das mit der Welle 12 verbundene Lagerelement 30. Das Kompensationselement 32 wirkt somit der Richtung 31 der Wärmeausdehnung der Welle 12 entgegen (Pfeil 44).
Bei einer vierten Ausführungsform (Figur 5) ist die Welle 12 wiederum entsprechend Figur 3 als Hohlwelle ausgebildet. Entsprechend dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kompensationselement 32 wiederum derart angeordnet, dass es auf das mit der Welle 12 verbundene Lagerelement 30 wirkt. Die Kompensationsrichtung 44 ist somit wiederum der Richtung der Wärmeausdehnung 31 der Welle 12 entgegengerichtet.

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit
einer ein Pumpelement (14) tragenden Welle (12) und
einem Pumpengehäuse (10), in dem die Welle (12) mittels einer ersten Lageranordnuπg (24) und einer zweiten Lageranordnung (26) gelagert ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die erste Lageranordnung (24) zur zumindest teilweisen Kompensation axialer Verschiebungen zwischen einem mit dem Pumpengehäuse (10) verbundenen Lagerelement (28) und einem mit der Welle (12) verbundenen Lagerelement (30) ein Kompensationselement (32) aufweist.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (32) ringförmig ausgebildet ist
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (32) in radialer Richtung zur Begrenzung einer radialen Ausdehnungen an ein vorzugsweise ringförmig ausgebildetes Begrenzungselement (34) angrenzt.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (32) zwischen dem Begrenzungselement (34) und dem Pumpengehäuse (10) oder zwischen dem Begrenzungselement (34) und der Welle (12) angeordnet ist-
5, Vakuumpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kornpensationseiernent (32) ein Material mit insbesondere hohem axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
6, Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (32) ein Material mit hoher Steifigkeit in radiale Richtung aufweist und/ oder die Wärmeausdehnung in radialer Richtung gering ist.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationseiement (32) eine in Umfangsrichtung gewickelte CFK-Hulse aufweist,
8, Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationseiement (32) ein im Wesentlichen anisotropes Material aufweist.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationseiement (32) ein im Wesentlichen isotropes Material aufweist, wobei das Kompensationselement (32) in radialer Richtung vorzugsweise durch ein Begrenzungselement (34) begrenzt, insbesondere in einer Kammer angeordnet ist.
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Lageranordnung (24) eine axiale Vorspannkraft auf die zweite Lageranordnung (26) ausgeübt wird.
11. Vakuumpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (32) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, durch den die Vorspannkraft im Wesentiichen über den gesamten Temperaturbereich im Betrieb der Vakuumpumpe aufrecht erhalten bleibt.
12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagereiement (24) als Magnetiager, insbesondere als Permanentmagnetiager ausgebildet ist.
13. Vakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der Welle (12) verbundenes Magnetelement (30) des Magnetlagers (24) gegenüber mindestens einem mit dem Pumpengehäuse (10) verbundenen Magnetelement (28) des Hagnetiagers (24) axial versetzt ist.
14. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (28, 30), auf das das Kompensationselement (32) wirkt, axial verschiebbar mit dem Pumpengehäuse (10) bzw. der Welle (12) verbunden Ist.
15. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein auf das mit dem Kompensationselement (32) zusammenwirkende Lagerelement (28, 30) wirkendes Rύckstelielement (40), wobei das Rücksteileiement (40) vorzugsweise dem Kompensationselement (32) bezogen auf das Lagereiement (28, 30) gegenüberliegend angeordnet ist.
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