WO2014131678A1 - Vacuum pump - Google Patents

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WO2014131678A1
WO2014131678A1 PCT/EP2014/053278 EP2014053278W WO2014131678A1 WO 2014131678 A1 WO2014131678 A1 WO 2014131678A1 EP 2014053278 W EP2014053278 W EP 2014053278W WO 2014131678 A1 WO2014131678 A1 WO 2014131678A1
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WO
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bearing
vacuum pump
pump according
rotor shaft
fluid chamber
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Application number
PCT/EP2014/053278
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Beyer
Rainer Hölzer
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
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Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
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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
    • 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
    • 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
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/059—Roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
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    • F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F16C27/045—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F16C2360/45—Turbo-molecular pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
  • Vacuum pumps such as turbomolecular pumps have in a pump housing a rotor shaft carrying a pumping element such as a rotor.
  • the rotor shafts are operated at high speeds of, for example, 60,000 / min.
  • the rotor shaft is supported by two bearing arrangements.
  • the bearing assemblies each have a magnetic or rolling bearing.
  • the bearing assemblies require a high rigidity in the axial direction.
  • one of the two bearing arrangements have a direction perpendicular to the rotor longitudinal axis, ie. Having in the radial direction pointing mobility.
  • this radial mobility is realized in the pressure side bearing.
  • vertically arranged rotor shafts are usually the lower bearing arrangement.
  • EP 2 126 365 the provision of elastomeric rings is known.
  • a vacuum pump with a rotor shaft mounted via two bearing arrangements is also known.
  • the bearing arrangement described in EP 1 618 308 has a roller bearing supporting the shaft.
  • the outer ring of the ball bearing is surrounded by an elastomer ring.
  • the elastomeric ring is disposed in an annular groove of the housing.
  • a thrust bearing is provided.
  • the balls of the thrust bearing are arranged axially to the outer bearing ring.
  • the balls of this bearing are arranged between the plane of the outer bearing ring extending perpendicular to the longitudinal axis of the shaft and a surface of the housing which is likewise perpendicular to the longitudinal axis of the rotor shaft.
  • a rotor shaft is pivotable in narrow angular ranges.
  • a rotor shaft must be pivotable approximately with a radius between the center of the bearing and the center of gravity of the rotating unit consisting essentially of rotor shafts and rotor. Such a pivoting or possible pendulum motion is not realized in any of the two bearing assemblies.
  • the object of the invention is to provide a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, the rotor shaft with high axial stiffness in at least one bearing the rotor shaft bearing assembly a light and low-friction radial mobility, as well as a pendulum movement is possible.
  • the vacuum pump according to the invention which is in particular a turbomolecular pump, has a pump housing, which usually consists of several parts.
  • a rotor shaft is supported by means of two bearing assemblies.
  • the rotor shaft carries a pumping element such as a rotor.
  • At least one of the two bearing arrangements has a rolling bearing.
  • This bearing arrangement is preferably the pressure-side bearing arrangement.
  • This is usually the lower bearing assembly with vertically arranged rotor shaft.
  • the suction side, usually vertical upper rotor shaft assembly can also have a rolling bearing. It is preferred that the suction-side bearing has a magnetic bearing.
  • an approach is connected to an outer bearing shell of the rolling bearing.
  • This may be a separate associated with the outer bearing shell or an integral formed with the outer bearing shell approach.
  • the approach protrudes into a fluid chamber.
  • the fluid present in the fluid chamber allows a damped movement, in particular a pendulum motion of the entire rotor shaft and the components connected to the rotor shaft.
  • the provision according to the invention of such a fluid chamber thus makes possible not only a radial movement of the rolling bearing or the rotor shaft in the region of the rolling bearing, but also a pendulum movement of the rotor shaft. By this oscillating movement, the life of the bearing can be significantly increased. This is due to the fact that no or significantly lower unwanted axial forces act on a radial displacement on the rolling bearing.
  • the rolling bearing which is in particular the pressure-side bearing assembly, preferably has between an inner and the outer ring arranged rolling elements such as balls.
  • the inner bearing ring is in this case fixed in particular directly on the rotor shaft. Possibly. can also be omitted, so that the rolling elements are arranged directly on one of the inner bearing ring replacing portions of the rotor shaft, the inner bearing ring.
  • the approach is at least partially surrounded by fluid.
  • the fluid chamber is preferably designed such that the fluid is at least partially disposed radially outside and / or partially radially within the neck.
  • two separate fluid chambers may be provided, wherein one radially outwardly and one radially disposed within the neck. It is preferred that the two chambers are connected to each other, wherein it is particularly preferred that a single fluid chamber is formed such that it at least partially surrounds the approach.
  • Such a chamber then has a region lying radially inside as well as radially outwardly of the projection.
  • the fluid chamber according to the invention is preferably U-shaped or surrounds an edge region of the approach U-shaped.
  • the fluid may be a gaseous and / or liquid fluid. Preferred is the use of non-compressible fluids.
  • the fluid chamber is preferably arranged stationarily in the pump housing. It is particularly preferred that the fluid chamber is arranged on the other bearing arrangement facing side of the rolling bearing. The fluid chamber is thus in particular close to the rolling bearing between the two bearing arranged arrangements, since the center, or pivot point of the pendulum movement is also located between the two bearing assemblies.
  • the approach is in a preferred embodiment substantially axially.
  • axial positioning of the lug is preferred, it is also possible that the lug is slightly inclined, thus having a radial portion.
  • the lug could be slightly inclined inwardly towards the rotor shaft so that during pendulum movement, a relatively large outer surface of the lug acts substantially perpendicular to the fluid. This can alternatively be realized by a corresponding design of the outer surface of the approach.
  • Preferred is an axial or parallel to the rotor shaft extending arrangement of the approach.
  • At least one sealing element is arranged, wherein the sealing element is in particular an O-ring.
  • the sealing element is arranged in particular between the neck and the inside of the fluid chamber.
  • an outer and an inner sealing element or two corresponding O-rings are provided.
  • a further damping element between the outer bearing shell and the housing is provided, which is preferably an O-ring.
  • This damping element is used for radial damping.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a bearing arrangement according to the invention for a vacuum pump and Fig. 2 for an alternative embodiment of an inventive
  • a vacuum pump which according to the invention is in particular a turbomolecular pump, has an unillustrated housing in which a rotor shaft 10 is arranged.
  • the rotor shaft 10 carries a rotor having a plurality of rotor blades.
  • the rotor shaft 10 is driven by an electric motor, also not shown.
  • a stator having stator is arranged, which cooperates with the rotor.
  • the electric motor for driving the rotor shaft is arranged in the housing.
  • the bearing of the rotor shaft 10 takes place in the housing via two bearing arrangements, of which in the embodiment shown in Fig. 1, a lower pressure-side bearing assembly 12 is shown.
  • a in Fig. 1 upper or suction side provided bearing assembly is designed in particular as a magnetic bearing.
  • the magnetic bearing takes place in particular in the axial direction 14 as stiff as possible storage of the rotor shaft 10 and thus of the rotor element. This is necessary because extremely small tolerances must be maintained between the blades of the rotor element and the blades of the stator element.
  • a slight oscillating movement in the direction of the arrow 16 of the shaft 10 can take place in the embodiment of the bearing assembly 12 according to the invention.
  • the pendulum movement takes place about a center of gravity 18 of the rotating system, which in particular includes the rotor shaft 10 and the rotor.
  • the bearing assembly 12 has in the illustrated embodiment, an inner bearing shell 20 which is fixed on the shaft 10. Between the inner bearing shell 20 and an outer bearing shell 22, rolling elements 26 are arranged in a bearing cage.
  • the outer bearing shell 22 has an extension 28 extending in the axial direction 14.
  • the projection 28 has in this case with respect to the rolling bearing or the rolling elements 26 of the bearing in Fig. 1 upwards, ie. in the direction of the suction side bearing assembly. According to the invention the projection 28 projects into a fluid chamber 30.
  • the fluid chamber 30 is formed by a chamber housing 32 arranged stationarily on the pump housing 11.
  • the chamber housing 32 and thus the fluid chamber formed by the chamber housing 32 is formed by a cross-sectionally U-shaped annular member 32 surrounding the shaft 10.
  • two sealing elements 34 are each arranged between an outer outer side 36 or an inner outer side 38 of the projection 28 and the corresponding inner sides of the fluid housing 32.
  • the fluid arranged in the fluid chamber 30 surrounds the lug 28 in the illustrated embodiment both on an end face 40 and on parts of the inner outer 38 and the outer outer 36. As a result, a damped oscillation of the shaft as shown by the arrow 16 is possible.
  • outer bearing shell 22 is in its in Fig. 1 lower or by the fluid chamber 30 via another preferably also designed as an O-ring damping element 42 fixed.
  • a lug 44 in contrast to the projection 28 is not formed integrally with the outer bearing shell 22, but connected as a separate component with this. The connection takes place, for example, via a groove 48 arranged in an end face 46 of the outer bearing shell 22.
  • the projection T-shaped in particular, which extends in cross-section, projects into a fluid chamber 30 in accordance with the embodiment shown in FIG.

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Abstract

A vacuum pump, particularly a turbomolecular pump, comprises a rotor shaft (10), which is arranged in a pump housing (11) and supported by two bearing assemblies (12). One of the bearing assemblies, in particular the pressure-side bearing assembly (12), comprises a rolling-element bearing. In order to enable a pendular motion (16) of the rotor shaft, an attachment (28) that protrudes into a fluid chamber (30) is connected to an outer bearing shell (23) of the rolling-element bearing.

Description

Vakuumpumpe  vacuum pump
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe. The invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
Vakuumpumpen wie beispielsweise Turbomolekularpumpen weisen in einem Pumpengehäuse eine ein Pumpelement wie einen Rotor tragende Rotorwelle auf. Insbesondere bei Turbomolekularpumpen werden die Rotorwellen mit hohen Drehzahlen von beispielsweise 60 000/Min betrieben. Die Rotorwelle ist über zwei Lageranordnungen gelagert. Die Lageranordnungen weisen hierbei jeweils einen Magnet- oder Wälzlager auf. Bei derartigen schnell drehenden Rotorwellen besteht an die Lageranordnungen die Forderung einer hohen Steifigkeit in axialer Richtung. Ferner besteht die Forderung, dass eine der beiden Lageranordnungen eine senkrecht zur Rotorlängsachse, d .h. in radiale Richtung weisende Beweglichkeit aufweist. Üblicherweise wird diese radiale Beweglichkeit bei dem druckseitigen Lager realisiert. Bei dieser Lageranordnung handelt es sich bei vertikal angeordneten Rotorwellen üblicherweise um die untere Lageranordnung . Vacuum pumps such as turbomolecular pumps have in a pump housing a rotor shaft carrying a pumping element such as a rotor. Particularly in turbomolecular pumps, the rotor shafts are operated at high speeds of, for example, 60,000 / min. The rotor shaft is supported by two bearing arrangements. The bearing assemblies each have a magnetic or rolling bearing. In such fast-rotating rotor shafts, the bearing assemblies require a high rigidity in the axial direction. Furthermore, there is the requirement that one of the two bearing arrangements have a direction perpendicular to the rotor longitudinal axis, ie. Having in the radial direction pointing mobility. Usually, this radial mobility is realized in the pressure side bearing. In this bearing arrangement, vertically arranged rotor shafts are usually the lower bearing arrangement.
Beispielsweise aus EP 2 126 365 ist das Vorsehen von Elastomerringen bekannt. Insbesondere aufgrund der geforderten axialen Steifigkeit treten aufgrund von Schubspannungen zwischen dem Lageraußenring und den angrenzenden Bauteilen verhältnismäßig große radial wirkende Kräfte auf. Derartige radiale Kräfte wirken sich negativ aus. Aus EP 1 618 308 ist ferner eine Vakuumpumpe mit einer über zwei Lageranordnungen gelagerten Rotorwelle bekannt. Die in EP 1 618 308 beschriebene Lageranordnung weist ein die Welle lagerndes Wälzlager auf. Der Außenring des Kugellagers ist von einem Elastomerring umgeben. Der Elastomerring ist in einer ringförmigen Nut des Gehäuses angeordnet. Zusätzlich zu dem eine radiale Bewegung des Wälzlagers ermöglichenden Elastomerring ist ein Axiallager vorgesehen. Die Kugeln des Axiallagers sind axial zu dem äußeren Lagerring angeordnet. Die Kugeln dieses Lagers sind zwischen der senkrecht zur Wellenlängsachse verlaufenden Fläche des äußeren Lagerrings und einer ebenfalls senkrecht zur Längsachse der Rotorwelle verlaufenden Fläche des Gehäuses angeordnet. Durch diese Lager erfolgt somit eine axiale Abstützung des äußeren Lagerrings, wobei gleichzeitig eine radiale Bewegung des äußeren Lagerrings und somit des gesamten Wälzlagers möglich ist. Das in EP 1 618 308 beschriebene Vorsehen einer axialen Abstützung am äußeren Lagerring des Wälzlagers weist den Nachteil auf, dass der Kugeldurchmesser für die erfolgende axiale Abstützung aufgrund der Breite der Stirnfläche des Außenrings des Wälzlagers beschränkt ist. Ferner kann der Sitz des axialen Kugellagers bei der Montage nicht mehr kontrolliert werden. Des Weiteren sind die erforderliche gestufte Bohrung sowie der erforderliche Freistich im Gehäuse schwer zu bearbeiten und zu messen. For example, from EP 2 126 365 the provision of elastomeric rings is known. In particular, due to the required axial stiffness occur relatively large radially acting forces due to shear stresses between the bearing outer ring and the adjacent components. Such radial forces have a negative effect. From EP 1 618 308 a vacuum pump with a rotor shaft mounted via two bearing arrangements is also known. The bearing arrangement described in EP 1 618 308 has a roller bearing supporting the shaft. The outer ring of the ball bearing is surrounded by an elastomer ring. The elastomeric ring is disposed in an annular groove of the housing. In addition to the radial movement of the rolling bearing enabling elastomeric ring a thrust bearing is provided. The balls of the thrust bearing are arranged axially to the outer bearing ring. The balls of this bearing are arranged between the plane of the outer bearing ring extending perpendicular to the longitudinal axis of the shaft and a surface of the housing which is likewise perpendicular to the longitudinal axis of the rotor shaft. Through these bearings thus takes place an axial support of the outer bearing ring, at the same time a radial movement of the outer bearing ring and thus of the entire bearing is possible. The provision of an axial support on the outer bearing ring of the rolling bearing described in EP 1 618 308 has the disadvantage that the ball diameter is limited for the axial support taking place due to the width of the end face of the outer ring of the rolling bearing. Furthermore, the seat of the axial ball bearing during assembly can not be controlled. Furthermore, the required stepped bore and the required undercut in the housing are difficult to machine and measure.
Des Weiteren besteht die Forderung, dass eine Rotorwelle in engen Winkelbereichen schwenkbar ist. Insbesondere muss eine Rotorwelle etwa mit einem Radius zwischen Lagermitte und Schwerpunkt der rotierenden im Wesentlichen aus Rotorwellen und Rotor bestehenden Einheit schwenkbar sein . Eine derartige Schwenkbarkeit beziehungsweise mögliche Pendelbewegung ist bisher in keiner der beiden Lageranordnungen realisiert. Furthermore, there is the requirement that a rotor shaft is pivotable in narrow angular ranges. In particular, a rotor shaft must be pivotable approximately with a radius between the center of the bearing and the center of gravity of the rotating unit consisting essentially of rotor shafts and rotor. Such a pivoting or possible pendulum motion is not realized in any of the two bearing assemblies.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe zu schaffen, deren Rotorwelle bei hoher axialer Steifigkeit in zumindest einer die Rotorwelle lagernden Lageranordnung eine leichte und reibungsarme radiale Beweglichkeit, sowie eine Pendelbewegung ermöglicht ist. The object of the invention is to provide a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, the rotor shaft with high axial stiffness in at least one bearing the rotor shaft bearing assembly a light and low-friction radial mobility, as well as a pendulum movement is possible.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Turbomolekularpumpe handelt, weist ein üblicherweise aus mehreren Teilen bestehendes Pumpengehäuse auf. In dem Pumpengehäuse ist eine Rotorwelle mittels zwei Lageranordnungen gelagert. Die Rotorwelle trägt ein Pumpelement wie einen Rotor. Zumindest eine der beiden Lageranordnungen weist ein Wälzlager auf. Bei dieser Lageranordnung handelt es sich vorzugsweise um die druckseitige Lageranordnung. Diese ist bei vertikal angeordneter Rotorwelle üblicherweise die untere Lageranordnung. Die saugseitige, bei vertikaler Rotorwelle üblicherweise obere Lageranordnung kann ebenfalls ein Wälzlager aufweisen. Bevorzugt ist es, dass das saugseitige Lager ein Magnetlager aufweist. The vacuum pump according to the invention, which is in particular a turbomolecular pump, has a pump housing, which usually consists of several parts. In the pump housing, a rotor shaft is supported by means of two bearing assemblies. The rotor shaft carries a pumping element such as a rotor. At least one of the two bearing arrangements has a rolling bearing. This bearing arrangement is preferably the pressure-side bearing arrangement. This is usually the lower bearing assembly with vertically arranged rotor shaft. The suction side, usually vertical upper rotor shaft assembly can also have a rolling bearing. It is preferred that the suction-side bearing has a magnetic bearing.
Zur möglichen erfindungsgemäßen Radialbewegung der Rotorwelle sowie einer Pendelbewegung der Rotorwelle, ist mit einer äußeren Lagerschale des Wälzlagers ein Ansatz verbunden. Hierbei kann es sich um einen gesonderten mit der äußeren Lagerschale verbundenen oder einen einstückigen mit der äußeren Lagerschale ausgebildeten Ansatz handeln. Der Ansatz ragt in eine Fluid- kammer. Das in der Fluidkammer vorhandene Fluid ermöglicht eine gedämpfte Bewegung insbesondere eine Pendelbewegung der gesamten Rotorwelle sowie der mit der Rotorwelle verbundenen Bauteile. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer derartigen Fluidkammer ist somit nicht nur eine radiale Bewegung des Wälzlagers beziehungsweise der Rotorwelle im Bereich des Wälzlagers, sondern auch eine Pendelbewegung der Rotorwelle ermöglicht. Durch diese Pendelbewegung kann die Lebensdauer des Wälzlagers deutlich vergrößert werden. Dies liegt darin begründet, dass keine oder erheblich geringere ungewollte axiale Kräfte bei einem radialen Verschieben auf das Wälzlager wirken. For possible inventive radial movement of the rotor shaft and a pendulum movement of the rotor shaft, an approach is connected to an outer bearing shell of the rolling bearing. This may be a separate associated with the outer bearing shell or an integral formed with the outer bearing shell approach. The approach protrudes into a fluid chamber. The fluid present in the fluid chamber allows a damped movement, in particular a pendulum motion of the entire rotor shaft and the components connected to the rotor shaft. The provision according to the invention of such a fluid chamber thus makes possible not only a radial movement of the rolling bearing or the rotor shaft in the region of the rolling bearing, but also a pendulum movement of the rotor shaft. By this oscillating movement, the life of the bearing can be significantly increased. This is due to the fact that no or significantly lower unwanted axial forces act on a radial displacement on the rolling bearing.
Das Wälzlager, bei dem es sich insbesondere um die druckseitige Lageranordnung handelt, weist vorzugsweise zwischen einem inneren und dem äußeren Ring angeordnete Wälzkörper wie Kugeln auf. Der innere Lagerring ist hierbei insbesondere unmittelbar auf der Rotorwelle fixiert. Ggf. kann der innere Lagerring auch entfallen, so dass die Wälzkörper unmittelbar auf einem der den inneren Lagerring ersetzenden Bereiche der Rotorwelle angeordnet sind. The rolling bearing, which is in particular the pressure-side bearing assembly, preferably has between an inner and the outer ring arranged rolling elements such as balls. The inner bearing ring is in this case fixed in particular directly on the rotor shaft. Possibly. can also be omitted, so that the rolling elements are arranged directly on one of the inner bearing ring replacing portions of the rotor shaft, the inner bearing ring.
Der Ansatz ist zumindest teilweise von Fluid umgeben. Hierbei ist die Fluidkammer vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Fluid zumindest teilweise radial außerhalb und/oder teilweise radial innerhalb des Ansatzes angeordnet ist. Gegebenenfalls können auch zwei gesonderte Fluidkammern vorgesehen sein, wobei eine radial außerhalb und eine radial innerhalb des Ansatzes angeordnet ist. Bevorzugt ist es, dass die beiden Kammern miteinander verbunden sind, wobei es besonders bevorzugt ist, dass eine einzige Fluidkammer derart ausgebildet ist, dass sie den Ansatz zumindest teilweise umgibt. Eine derartige Kammer weist sodann einen radial innerhalb als auch einen radial außerhalb des Ansatzes liegenden Bereich auf. Im Querschnitt ist die erfindungsgemäße Fluidkammer vorzugsweise U-förmig ausgebildet beziehungsweise umgibt einen Randbereich des Ansatzes U-förmig . Hierdurch kann, ohne dass eine Kompression des Fluids erfolgen muss eine Pendelbewegung bzw. eine Schwenkbewegung in der Fluidkammer realisiert werden. The approach is at least partially surrounded by fluid. In this case, the fluid chamber is preferably designed such that the fluid is at least partially disposed radially outside and / or partially radially within the neck. Optionally, two separate fluid chambers may be provided, wherein one radially outwardly and one radially disposed within the neck. It is preferred that the two chambers are connected to each other, wherein it is particularly preferred that a single fluid chamber is formed such that it at least partially surrounds the approach. Such a chamber then has a region lying radially inside as well as radially outwardly of the projection. In cross section, the fluid chamber according to the invention is preferably U-shaped or surrounds an edge region of the approach U-shaped. As a result, without a compression of the fluid must be carried out a pendulum motion or a pivoting movement in the fluid chamber can be realized.
Bei dem Fluid kann es sich um ein gasförmiges und/oder flüssiges Fluid handeln. Bevorzugt ist die Verwendung von unkompressiblen Fluiden. The fluid may be a gaseous and / or liquid fluid. Preferred is the use of non-compressible fluids.
Die Fluidkammer ist vorzugsweise in dem Pumpengehäuse stationär angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, dass die Fluidkammer auf der anderen Lageranordnung zugewandten Seite des Wälzlagers angeordnet ist. Die Fluidkammer ist somit insbesondere nahe dem Wälzlager zwischen den beiden Lager- anordnungen angeordnet, da der Mittelpunkt, bzw. Schwenkpunkt der Pendelbewegung ebenfalls zwischen den beiden Lageranordnungen liegt. The fluid chamber is preferably arranged stationarily in the pump housing. It is particularly preferred that the fluid chamber is arranged on the other bearing arrangement facing side of the rolling bearing. The fluid chamber is thus in particular close to the rolling bearing between the two bearing arranged arrangements, since the center, or pivot point of the pendulum movement is also located between the two bearing assemblies.
Der Ansatz verläuft in bevorzugter Ausführungsform im Wesentlichen axial . Obgleich ein axiales Anordnen des Ansatzes bevorzugt ist, ist es auch möglich, dass der Ansatz leicht geneigt ist, somit einen radialen Anteil aufweist. Beispielsweise könnte der Ansatz leicht nach innen in Richtung der Rotorwelle geneigt sein, so dass bei der Pendelbewegung eine verhältnismäßig große äußere Fläche des Ansatzes im Wesentlichen senkrecht auf das Fluid einwirkt. Dies kann alternativ auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Außenfläche des Ansatzes verwirklicht werden. Bevorzugt ist eine axiale beziehungsweise parallel zur Rotorwelle verlaufende Anordnung des Ansatzes. The approach is in a preferred embodiment substantially axially. Although axial positioning of the lug is preferred, it is also possible that the lug is slightly inclined, thus having a radial portion. For example, the lug could be slightly inclined inwardly towards the rotor shaft so that during pendulum movement, a relatively large outer surface of the lug acts substantially perpendicular to the fluid. This can alternatively be realized by a corresponding design of the outer surface of the approach. Preferred is an axial or parallel to the rotor shaft extending arrangement of the approach.
Zum Abdichten der Fluidkammer ist mindestens ein Dichtelement angeordnet, wobei es sich bei dem Dichtelement insbesondere um einen O-Ring handelt. Das Dichtelement ist insbesondere zwischen dem Ansatz und der Innenseite der Fluidkammer angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform bei der die Fluidkammer den Ansatz U-förmig umgibt ist ein außenliegendes sowie ein innenliegendes Dichtelement beziehungsweise zwei entsprechende O-Ringe vorgesehen. For sealing the fluid chamber, at least one sealing element is arranged, wherein the sealing element is in particular an O-ring. The sealing element is arranged in particular between the neck and the inside of the fluid chamber. In the preferred embodiment in which the fluid chamber surrounds the projection in a U-shape, an outer and an inner sealing element or two corresponding O-rings are provided.
Vorzugsweise ist ein weiteres Dämpfungselement zwischen der äußeren Lagerschale und dem Gehäuse vorgesehen, bei dem es sich vorzugsweise um einen O-Ring handelt. Dieses Dämpfungselement dient zur radialen Dämpfung . Preferably, a further damping element between the outer bearing shell and the housing is provided, which is preferably an O-ring. This damping element is used for radial damping.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen : Show it :
Fig . 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Vakuumpumpe und Fig. 2 für eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßenFig. 1 is a schematic representation of a bearing arrangement according to the invention for a vacuum pump and Fig. 2 for an alternative embodiment of an inventive
Lageranordnung. Bearing assembly.
Eine Vakuumpumpe, bei der es sich erfindungsgemäß insbesondere um eine Turbomolekular-Pumpe handelt weist ein nicht dargestelltes Gehäuse auf, in dem eine Rotorwelle 10 angeordnet ist. Die Rotorwelle 10 trägt einen mehrere Rotorschaufeln aufweisenden Rotor. Die Rotorwelle 10 ist über einen ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. In dem Gehäuse ist ein Statorscheiben aufweisender Stator angeordnet, der mit dem Rotor zusammenwirkt. Ferner ist in dem Gehäuse der Elektromotor zum Antrieb der Rotorwelle angeordnet. Die Lagerung der Rotorwelle 10 erfolgt im Gehäuse über zwei Lageranordnungen, von denen bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine untere beiziehungsweise druckseitige Lageranordnung 12 dargestellt ist. Eine in Fig. 1 obere bzw. saugseitig vorgesehene Lageranordnung ist insbesondere als Magnetlager ausgebildet. Durch das Magnetlager erfolgt eine insbesondere in axialer Richtung 14 möglichst steife Lagerung der Rotorwelle 10 und somit des Rotorelements. Dies ist erforderlich, da äußerst geringe Toleranzen zwischen den Schaufeln des Rotorelements und den Schaufeln des Statorelements eingehalten werden müssen. Insbesondere aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Welle 10 kann in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lageranordnung 12 eine leichte Pendelbewegung in Richtung des Pfeils 16 der Welle 10 erfolgen. Die Pendelbewegung findet um einen Schwerpunkt 18 des rotierenden Systems, das insbesondere die Rotorwelle 10 und den Rotor umfasst, statt. A vacuum pump, which according to the invention is in particular a turbomolecular pump, has an unillustrated housing in which a rotor shaft 10 is arranged. The rotor shaft 10 carries a rotor having a plurality of rotor blades. The rotor shaft 10 is driven by an electric motor, also not shown. In the housing, a stator having stator is arranged, which cooperates with the rotor. Furthermore, the electric motor for driving the rotor shaft is arranged in the housing. The bearing of the rotor shaft 10 takes place in the housing via two bearing arrangements, of which in the embodiment shown in Fig. 1, a lower pressure-side bearing assembly 12 is shown. A in Fig. 1 upper or suction side provided bearing assembly is designed in particular as a magnetic bearing. By the magnetic bearing takes place in particular in the axial direction 14 as stiff as possible storage of the rotor shaft 10 and thus of the rotor element. This is necessary because extremely small tolerances must be maintained between the blades of the rotor element and the blades of the stator element. In particular, due to the high rotational speed of the shaft 10, a slight oscillating movement in the direction of the arrow 16 of the shaft 10 can take place in the embodiment of the bearing assembly 12 according to the invention. The pendulum movement takes place about a center of gravity 18 of the rotating system, which in particular includes the rotor shaft 10 and the rotor.
Die Lageranordnung 12 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine innere Lagerschale 20 auf, die auf der Welle 10 fixiert ist. Zwischen der inneren Lagerschale 20 und einer äußeren Lagerschale 22 sind in einem Lagerkäfig 24 Wälzkörper 26 angeordnet. Die äußere Lagerschale 22 weist einen sich in axiale Richtung 14 erstreckenden Ansatz 28 auf. Der Ansatz 28 weist hierbei bezogen auf das Wälzlager bzw. die Wälzkörper 26 des Lagers in Fig. 1 nach oben, d .h. in Richtung der saugseitigen Lageranordnung. Erfindungsgemäß ragt der Ansatz 28 in eine Fluidkammer 30. Die Fluidkammer 30 ist durch ein stationär an dem Pumpengehäuse 11 angeordnetes Kammergehäuse 32 ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel ist das Kammergehäuse 32 und somit die durch das Kammergehäuse 32 ausgebildete Fluidkammer durch ein im Querschnitt U-förmiges ringförmiges, die Welle 10 umgebendes Bauteil 32 ausgebildet. Zur Abdichtung an der Fluidkammer 30 sind zwei Dichtelemente 34 jeweils zwischen einer äußeren Außenseite 36 bzw. einer inneren Außenseite 38 des Ansatzes 28 und den entsprechenden Innenseiten des Fluidgehäuses 32 angeordnet. Das in der Fluidkammer 30 angeordnete Fluid umgibt den Ansatz 28 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl an einer Stirnseite 40 als auch an Teilen der inneren Außenseite 38 und der äußeren Außenseite 36. Hierdurch ist ein gedämpftes Pendeln der Welle wie durch den Pfeil 16 dargestellt möglich. The bearing assembly 12 has in the illustrated embodiment, an inner bearing shell 20 which is fixed on the shaft 10. Between the inner bearing shell 20 and an outer bearing shell 22, rolling elements 26 are arranged in a bearing cage. The outer bearing shell 22 has an extension 28 extending in the axial direction 14. The projection 28 has in this case with respect to the rolling bearing or the rolling elements 26 of the bearing in Fig. 1 upwards, ie. in the direction of the suction side bearing assembly. According to the invention the projection 28 projects into a fluid chamber 30. The fluid chamber 30 is formed by a chamber housing 32 arranged stationarily on the pump housing 11. In the exemplary embodiment, the chamber housing 32 and thus the fluid chamber formed by the chamber housing 32 is formed by a cross-sectionally U-shaped annular member 32 surrounding the shaft 10. For sealing on the fluid chamber 30, two sealing elements 34 are each arranged between an outer outer side 36 or an inner outer side 38 of the projection 28 and the corresponding inner sides of the fluid housing 32. The fluid arranged in the fluid chamber 30 surrounds the lug 28 in the illustrated embodiment both on an end face 40 and on parts of the inner outer 38 and the outer outer 36. As a result, a damped oscillation of the shaft as shown by the arrow 16 is possible.
Des Weiteren ist die äußere Lagerschale 22 in seinem in Fig . 1 unteren beziehungsweise von der Fluidkammer 30 über ein weiteres vorzugsweise ebenfalls als O-Ring ausgebildetes Dämpfungselement 42 fixiert. Furthermore, the outer bearing shell 22 is in its in Fig. 1 lower or by the fluid chamber 30 via another preferably also designed as an O-ring damping element 42 fixed.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung 12 (Fig . 2) sind identische und ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Ansatz 44 im Unterschied zum Ansatz 28 nicht einstückig mit der äußeren Lagerschale 22 ausgebildet, sondern als gesondertes Bauteil mit dieser verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise über eine in einer Stirnfläche 46 der äußeren Lagerschale 22 angeordnete Nut 48. Der insbesondere im Querschnitt T-förmige Ansatz 44 ragt entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in eine Fluidkammer 30. In a further preferred embodiment of the bearing assembly 12 according to the invention (FIG. 2), identical and similar components are identified by the same reference numeral. In particular, in this embodiment, a lug 44 in contrast to the projection 28 is not formed integrally with the outer bearing shell 22, but connected as a separate component with this. The connection takes place, for example, via a groove 48 arranged in an end face 46 of the outer bearing shell 22. The projection T-shaped in particular, which extends in cross-section, projects into a fluid chamber 30 in accordance with the embodiment shown in FIG.
Des Weiteren ist es möglich, die axiale Position des Lagers durch Verdrängen oder durch Ändern der Füllmenge des Fluids in der Fluidkammer zu verändern bzw. einzustellen. Furthermore, it is possible to change the axial position of the bearing by displacing or by changing the filling amount of the fluid in the fluid chamber.

Claims

Ansprüche claims
1. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einer in einem Pumpengehäuse (11) angeordneten von zwei Lageranordnungen (12) angelagerten Rotorwelle (10), wobei eine der Lageranordnungen (12) ein Wälzlager aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermöglichung einer Pendelbewegung (16) der Rotorwelle (10) ein mit einer äußeren Lagerschale (22) des Wälzlagers verbundener Ansatz (28, 44) in eine Fluidkammer (32) ragt. A vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, having a rotor shaft (10) arranged in a pump housing (11) and mounted by two bearing arrangements (12), one of the bearing arrangements (12) having a roller bearing, characterized in that to enable a pendulum movement (16) the rotor shaft (10) projects into a fluid chamber (32) connected to an outer bearing shell (22) of the rolling bearing neck (28, 44).
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (28, 44) zumindest teilweise von Fluid umgeben ist. 2. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that the projection (28, 44) is at least partially surrounded by fluid.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (28, 44) in der Fluidkammer (30) radial und axial bewegbar ist. 3. Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the projection (28, 44) in the fluid chamber (30) is radially and axially movable.
4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (30) in dem Pumpengehäuse (11) stationär angeordnet ist. 4. Vacuum pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fluid chamber (30) in the pump housing (11) is arranged stationary.
5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (30) auf der der anderen Lageranordnung zugewandten Seite des Wälzlagers angeordnet ist. 5. Vacuum pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fluid chamber (30) is arranged on the other bearing arrangement facing side of the rolling bearing.
6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (28, 44) axial angeordnet ist. 6. Vacuum pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the projection (28, 44) is arranged axially.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fiuidkammer (30) zumindest teilweise radial außerhalb und/oder teilweise radial innerhalb des Ansatzes (28, 44) angeordnet ist. 7. Vacuum pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Fiuidkammer (30) at least partially radially outside and / or partially radially within the neck (28, 44) is arranged.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fiuidkammer (30) den Ansatz (28, 44) zumindest teilweise insbesondere U-förmig umgibt. 8. Vacuum pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Fiuidkammer (30) surrounds the projection (28, 44) at least partially in particular U-shaped.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fiuidkammer (30) durch mindestens ein insbesondere als O-Ring ausgebildetes Dichtelement (34) gegenüber dem Ansatz (28, 44) abgedichtet ist. 9. Vacuum pump according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Fiuidkammer (30) by at least one in particular designed as an O-ring sealing element (34) relative to the projection (28, 44) is sealed.
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das als Fluid in der Fiuidkammer (30) ein unkompressibles Fluid angeordnet ist. 10. Vacuum pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fluid in the Fiuidkammer (30) is arranged an incompressible fluid.
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äußeren Lagerschale (22) und dem Pumpengehäuse (11) ein Dämpfungselement (42) angeordnet ist. 11. Vacuum pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that between the outer bearing shell (22) and the pump housing (11) a damping element (42) is arranged.
12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager druckseitig angeordnet ist. 12. Vacuum pump according to one of claims 1 to 11, characterized in that the rolling bearing is arranged on the pressure side.
13. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine saugseitige Lageranordnung als Magnetlager ausgebildet ist. 13. Vacuum pump according to one of claims 1 to 12, characterized in that a suction-side bearing assembly is designed as a magnetic bearing.
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