WO2018001811A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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WO2018001811A1
WO2018001811A1 PCT/EP2017/065189 EP2017065189W WO2018001811A1 WO 2018001811 A1 WO2018001811 A1 WO 2018001811A1 EP 2017065189 W EP2017065189 W EP 2017065189W WO 2018001811 A1 WO2018001811 A1 WO 2018001811A1
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WO
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bearings
vacuum pump
pump according
bearing
magnetic
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Application number
PCT/EP2017/065189
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Hölzer
Original Assignee
Leybold Gmbh
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Publication date
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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
    • F04D19/048—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps comprising magnetic bearings
    • 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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    • 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
    • F04D29/058—Bearings magnetic; electromagnetic
    • 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
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
    • F04D29/642—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps by adjusting the clearances between rotary and stationary parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/51—Magnetic
    • F05D2240/511—Magnetic with permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular vacuum pump.
  • Vacuum pumps such as turbomolecular vacuum pumps, include a rotor element.
  • the rotor element is composed, for example, in turbomolecular pumps of several rotor disks. At least one stator element cooperates with the at least one rotor element.
  • the stator has a plurality of stator disks, wherein the rotor disks and stator disks are arranged alternately.
  • the rotor element and the stator element could, for example, also be corresponding components of a Holweck pump, a Siegbahn pump, etc.
  • the rotor element and the stator element are arranged in a pump housing.
  • the rotor element is connected to a rotor shaft, which carries the at least one rotor element.
  • the rotor shaft and the at least one rotor element may also be integrally formed.
  • the rotor shaft is rotatably mounted in the housing via two bearing elements.
  • electromagnetic bearings are particularly in the case of high-speed vacuum pumps, such as turbomolecular pumps. These have the particular advantage that no wear occurs and with such non-contact bearings high speeds of In particular, more than 1500 U / min can be realized.
  • electromagnetic bearings have the disadvantage that the corresponding coils must be connected to a control device in order to ensure a precise alignment of the power supply, a high-precision axial alignment between the at least one rotor element and the at least one stator.
  • the object of the invention is to provide a vacuum pump in which a high-precision storage of the rotor shaft takes place in a simple manner.
  • the object is achieved according to the invention by a vacuum pump according to claim 1.
  • the vacuum pump according to the invention in which it is in particular a turbomolecular pump, has a rotor shaft mounted in a pump housing.
  • the rotor shaft carries at least one rotor element.
  • the rotor shaft carries a plurality of rotor disks, which interact with stator disks arranged alternately with the rotor disks.
  • the stator discs are fixed in the housing.
  • the rotor shaft often additionally carries a Holweck pump, wherein the corresponding stator elements are in turn connected to the housing.
  • both bearings are designed as permanent magnet bearings, wherein it is particularly preferred that at least one, in particular both bearings are designed as repulsive permanent magnet bearings.
  • the two magnetic bearings preferably have a plurality of magnetic rings.
  • a first group of magnetic rings is in this case connected to the rotor shaft and the respective second group of magnetic rings with the bearing receiving element. The magnet rings of the first group each surround the magnet rings of the second group or vice versa.
  • statically arranged, ie connected to the bearing receiving elements magnetic rings surround the magnetic rings connected to the rotor shaft or vice versa, in which case the bearing receiving element is designed as a pin which projects into a recess of the rotor shaft.
  • these are arranged per group in such a way that the north poles of the magnetic rings point toward each other.
  • one of the two bearings in particular both bearings are designed as radial permanent magnet bearings.
  • each of the two bearings is associated with a fishing camp. It is particularly preferred that at least one of the two fishing camp, is preferably provided at both backup bearings, a radial fishing camp and a separate axial fishing camp. It is thus preferred that two bearings additionally two fishing camps, a radial and an axial fishing camp, are arranged.
  • At least one, in particular both axial, catch bearings are adjustable.
  • an axially displaceable adjusting element is provided for adjustment in the axial direction.
  • the at least one adjusting element is connected to the corresponding bearing receiving element.
  • the axial adjusting element is arranged within the corresponding bearing receiving element.
  • the two permanent magnet bearings have a different rigidity. It is particularly preferred that the bearing which has a smaller distance to the center of gravity of the rotor shaft has a higher rigidity.
  • the center of gravity of the rotor shaft is defined here as the common center of gravity of the rotor shaft together with all the rotating components connected to the rotor shaft.
  • a higher rigidity of the permanent magnet bearing can be achieved, in particular, by providing a larger number of magnet rings than the other bearing.
  • the bearing arranged on the suction side has a higher rigidity.
  • the bearing having the higher rigidity is formed such that the stationary magnetic rings are surrounded by the rotating magnetic rings.
  • the rotating magnetic rings are preferably arranged within a recess of the rotor shaft. In this recess projects as a pin formed bearing receiving element.
  • one of the bearings which is in particular the pressure-side bearing, has outer magnetic elements, such as magnetic rings, which are carried by a carrier element connected to the rotor shaft.
  • the rotating magnetic elements are thus not connected directly but by means of the support member with the rotor shaft.
  • the support member is in particular bell-shaped. This makes it possible to arrange the rotating magnetic elements within the carrier element.
  • the rotating magnetic elements preferably surround the stationary magnetic elements of this bearing.
  • the stationary magnetic elements can be carried by a journal-shaped bearing elements, but in this embodiment does not protrude into a recess of the shaft but into a recess of the carrier element.
  • an adjustment element is provided in a particularly preferred embodiment that cooperates in particular with the pressure-side bearing.
  • the bearing element at least partially surrounds the outer, in particular rotating, magnetic elements and, in a particularly preferred embodiment, the carrier element.
  • the adjustment element preferably has a magnetizable yoke for generating an axial magnetic force.
  • the adjustment element preferably has an electrical coil, wherein it is particularly preferred that at least part of the windings of the coil surround the outer magnetic rings.
  • the yoke of the adjusting element is in particular annular and has an axial opening. This is preferably closed by a connecting element.
  • the connecting element is preferably made of magnetizable material, so that the magnetic flux is amplified. It is particularly preferred that this connecting element is designed as a housing cover.
  • the vacuum pump according to the invention is thus a four-axis passive and uniaxially actively mounted vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a preferred embodiment
  • Fig. 2 is a schematic view of a repulsive arrangement of
  • the vacuum pump according to the invention has a rotor shaft 10, which has a suction-side bearing 12 and a pressure-side bearing 14 in a Pump housing 16 is rotatably mounted.
  • the rotor shaft carries rotor elements, which in the illustrated embodiment are rotor disks 18 of a turbomolecular pump and a rotor 20 of a Holweck pump. With the rotor disks 18, stator disks 22 and with the rotor of the Holweck pump a stator ring 24 with a helical groove cooperate.
  • an electric motor 26 is connected to the rotor shaft for driving.
  • the suction-side bearing 12 has a plurality of inner stationary magnetic rings 30, which are surrounded by outer rotating magnetic rings 32.
  • the arrangement of the magnetic rings 30, 32 is repuisiv.
  • the outer magnetic rings 32 are arranged in a recess 34 of the rotor shaft, so that a tubular part 36 of the rotor shaft between the outer magnetic rings 32 and the rotor disks 18 is arranged. Further, in the recess 34, a fixedly connected to the rotor 10 inner part 38 is arranged.
  • the inner part 38 has a pin-shaped or peg-shaped projection 40.
  • the protruding into the recess 34-shaped bearing receiving element 38 carries the static magnetic rings 30.
  • an adjustment member 42 is disposed within the bearing receiving member 28. This is provided with an external thread and engages in a provided in a bore of the bearing receiving element 28 internal thread. By simply turning an axial displacement of the adjusting element 42 is thus possible.
  • the adjusting member 42 is disposed opposite the peg-shaped projection 40. Between the projection 40 and the adjusting member 42, a ball 44 is arranged. This forms the axial catch bearing. At the same time, by rotating the adjusting element 42, an axial alignment of the rotor shaft 10 can take place.
  • a further fishing camp 46 is disposed between the neck 40 and a tubular portion of the bearing receiving member 28. This is the radial safety bearing.
  • the pressure-side bearing element 14 has a lower rigidity than the suction-side bearing element 12. In this respect, the number of magnetic rings is lower.
  • the static magnetic rings 48 are surrounded by the rotating magnetic rings 50.
  • the static magnetic rings 48 are arranged on a bearing receiving element 52 designed as a journal or cylinder.
  • an adjustment member 54 is arranged within the bearing receiving member 52. This is provided according to the adjusting element 42 with an external thread and engages in an internal thread. By turning the adjusting member 54 can again be made an axial adjustment.
  • the adjusting member 54 acts on a turn serving as an axial catch bearing ball 56 which bears against a shaft journal 58 of the rotor shaft 10.
  • a bell-shaped carrier element 60 is connected to the shaft journal 58 of the rotor shaft 10 in the exemplary embodiment shown.
  • the bell-shaped carrier element 60 carries on an inner side the rotating magnetic rings 50.
  • the bell-shaped carrier element 60 is at least partially surrounded by an adjustment element 64.
  • This has a rotation axis 66 designed to be rotationally symmetrical yoke 68.
  • a coil 70 is arranged to generate magnetic forces.
  • the yoke 68 is connected to a magnetizable connection part 72.
  • the connecting part 72 simultaneously serves as a housing cover of the pump housing 16.
  • the housing cover 72 has an opening 74 which may be closed with a plug or cover. Through the opening 74, the axial adjustment member 54 is accessible in a simple manner.
  • the Housing cover 72 rigidly connected to the bearing receiving member 52, wherein these components are in particular components of different material, since only the housing cover 72 is made of magnetizable material.
  • All of the magnets 30, 32, 48, 50 of the two bearings 12, 14 designed as permanent magnet bearings are arranged repulsively (FIG. 2) in a preferred embodiment. In adjacent magnetic rings thus the same pole is arranged opposite to each other.
  • Fig. 1 is a four-axis passive and uniaxially active turbomolecular pump.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe, wie eine Turbomolekularvakuumpumpe, weist eine Rotorwelle (10) auf, die über zwei Lager (12, 14) in einem Pumpengehäuse (16) gelagert ist. Die Rotorwelle trägt Rotorelemente (18, 20). Ferner sind zwei Lageraufnahmeelemente (28, 52) vorgesehen, die mit dem Pumpengehäuse (16) verbunden sind. Zwischen den Lageraufnahmeelementen (28, 52) und der Rotorwelle (10) sind die Lager (12, 14) angeordnet. Erfindungsgemäß sind vorzugsweise beide Lager als Permanentmagnetlager ausgebildet, wobei es sich insbesondere um repulsive Magnetlager handelt.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularvakuumpumpe.
Vakuumpumpen, wie beispielsweise Turbomolekularvakuumpumpen, weisen ein Rotorelement auf. Das Rotorelement ist beispielsweise bei Turbomolekularpumpen aus mehreren Rotorscheiben zusammengesetzt. Mit dem mindestens einen Rotorelement wirkt mindestens ein Statorelement zusammen . Bei einer Turbomolekularpumpe weist der Stator mehrere Statorscheiben auf, wobei die Rotorscheiben und Statorscheiben abwechselnd angeordnet sind. Ebenso könnte es sich bei dem Rotorelement und dem Statorelement beispielsweise auch um entsprechende Bauteile einer Holweckpumpe, einer Siegbahnpumpe etc. handeln. Das Rotorelement und das Statorelement sind in einem Pumpengehäuse angeordnet. Das Rotorelement ist mit einer Rotorwelle verbunden, die das mindestens eine Rotorelement trägt. Gegebenenfalls können die Rotorwelle und das mindestens eine Rotorelement auch einstückig ausgebildet sein . Die Rotorwelle ist in dem Gehäuse über zwei Lagerelemente drehbar gelagert. Insbesondere bei schnelldrehenden Vakuumpumpen, wie Turbomolekularpumpen, ist es bekannt als Lagerelemente elektromagnetische Lager vorzusehen. Diese haben insbesondere den Vorteil, dass kein Verschleiß auftritt und mit derartigen berührungslosen Lagern hohe Drehzahlen von insbesondere mehr als 1500 U/min realisiert werden können . Elektromagnetische Lager haben allerdings den Nachteil, dass die entsprechenden Spulen mit einer Steuereinrichtung verbunden sein müssen, um durch exaktes Verändern der Stromzufuhr eine hochpräzise axiale Ausrichtung zwischen dem mindestens einen Rotorelement und dem mindestens einen Statorelement zu gewährleisten.
Ferner ist es bekannt, als Lagerelemente Permanentmagnetlager vorzusehen. Um die exakte Lage zwischen Rotorelement und Statorelement sicherzustellen, muss die relative Lage der beiden Permanentmagnete des Lagers exakt eingehalten werden. Hierzu ist es bekannt, zusätzlich zu den Lagerelementen mit der Rotorwelle einen Permanentmagneten zu verbinden. Dieser Permanentmagnet wirkt mit einem mit einer Magnetspule verbundenen Joch zusammen . Durch exaktes Bestromen der Spule, die mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, erfolgt ein entsprechendes axiales Verschieben der Rotorwelle und somit ein axiales Verschieben der Permanentmagnete der Permanentmagnetlager. Eine derartige axiale Verschiebung der Rotorwelle führt jedoch zu einer radialen Destabilisierung. Ferner ist diese Ausgestaltung technisch aufwändig.
Insbesondere bei schnelldrehenden Vakuumpumpen, wie Turbomolekularvakuumpumpen, ist ferner das Vorsehen mechanischer Lager nachteilig. Neben dem auftretenden Verschleiß weisen derartige Lager insbesondere den Nachteil auf, dass Schwingungen unterschiedlicher Frequenz übertragen und erzeugt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe zu schaffen, bei der auf einfache Weise eine hochpräzise Lagerung der Rotorwelle erfolgt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der er es sich insbesondere um eine Turbomolekularpumpe handelt, weist eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Rotorwelle auf. Die Rotorwelle trägt mindestens ein Rotorelement. Bei der Turbomolekularpumpe trägt die Rotorwelle mehrere Rotorscheiben, die mit abwechselnd zu den Rotorscheiben angeordneten Statorscheiben zusammenwirken . Die Statorscheiben sind im Gehäuse fixiert. Insbesondere bei Turbomolekularpumpen trägt die Rotorwelle häufig zusätzlich eine Holweckpumpe, wobei die entsprechenden Statorelemente wiederum mit dem Gehäuse verbunden sind. Ferner sind mit dem Pumpengehäuse zwei Lageraufnahmeelemente verbunden oder auch einstückig ausgebildet, so dass zwischen den beiden Lageraufnahmen und der Rotorwelle jeweils ein Lager angeordnet werden kann. Erfindungsgemäß sind beide Lager als Permanentmagnetlager ausgebildet, wobei es besonders bevorzugt ist, dass zumindest eines, insbesondere beide Lager als repulsive Permanentmagnetlager ausgebildet sind. Hierbei weisen die beiden Magnetlager vorzugsweise mehrere Magnetringe auf. Eine erste Gruppe an Magnetringen ist hierbei mit der Rotorwelle und die jeweils zweite Gruppe an Magnetringe mit dem Lageraufnahmeelement verbunden. Die Magnetringe der ersten Gruppe umgeben jeweils die Magnetringe der zweiten Gruppe oder umgekehrt. Insofern können die statisch angeordneten, d.h. mit den Lageraufnahmeelementen verbundenen Magnetringe die mit der Rotorwelle verbundenen Magnetringe umgeben oder umgekehrt, wobei hierbei das Lageraufnahmeelement als Zapfen ausgebildet ist, der in eine Ausnehmung der Rotorwelle ragt. Bei der bevorzugten repulsiven Anordnung der Magnetringe sind diese je Gruppe derart angeordnet, dass die Nord-Pole der Magnetringe jeweils aufeinander zu weisen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist eines der beiden Lager, insbesondere sind beide Lager ais radiale Permanentmagnetlager ausgebildet.
Vorzugsweise ist jedem der beiden Lager ein Fanglager zugeordnet. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass zumindest bei einem der beiden Fanglager, vorzugsweise bei beiden Fanglagern, ein radiales Fanglager und ein hiervon getrenntes axiales Fanglager vorgesehen ist. Bevorzugt ist es somit, dass bei beiden Lagern zusätzlich zwei Fanglager, ein radiales und ein axiales Fanglager, angeordnet sind.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass zumindest eines, insbesondere beide axialen Fanglager einstellbar sind. Hierdurch ist es möglich, über die axialen Fanglager die Lage der Rotorwelle im Gehäuse und somit die relative Lage zwischen den Rotorelementen und den Statorelementen über das mindestens eine axiale Fanglager, insbesondere beide axialen Fanglager, einzustellen. Vorzugsweise ist zur Einstellung in axialer Richtung ein axial verschiebbares Einstellelement vorgesehen. Hierbei kann es sich insbesondere um ein stift- oder schraubenförmiges Einstellelement handeln, so dass auf einfache Weise eine axiale Verschiebung des Einstellelements möglich ist. Besonders bevorzugt ist es, dass das mindestens eine Einstellelement mit dem entsprechenden Lageraufnahmeelement verbunden ist. Insbesondere ist das axiale Einstellelement innerhalb des entsprechenden Lageraufnahmeelements angeordnet.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Permanentmagnetlager eine unterschiedliche Steifigkeit auf. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass dasjenige Lager, das zu dem Schwerpunkt der Rotorwelle einen geringeren Abstand aufweist, eine höhere Steifigkeit aufweist. Der Schwerpunkt der Rotorwelle ist hierbei definiert als der gemeinsame Schwerpunkt der Rotorwelle zusammen mit allen mit der Rotorwelle verbundenen drehenden Bauteilen . Eine höhere Steifigkeit des Permanentmagnetlagers kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass gegenüber dem anderen Lager eine größere Anzahl an Magnetringen vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist es, dass das saugseitig angeordnete Lager eine höhere Steifigkeit aufweist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das die höhere Steifigkeit aufweisende Lager derart ausgebildet ist, dass die stationären Magnetringe von den rotierenden Magnetringen umgeben sind. Hierbei sind die rotierenden Magnetringe bevorzugt innerhalb einer Ausnehmung der Rotorwelle angeordnet. In diese Ausnehmung ragt ein als Zapfen ausgebildetes Lageraufnahmeelement.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass eines der Lager, bei dem es sich insbesondere um das druckseitige Lager handelt, äußere Magnetelemente, wie Magnetringe aufweist, die von einem mit der Rotorwelle verbundenen Trägerelement getragen sind. Die rotierenden Magnetelemente sind somit nicht unmittelbar sondern mittels des Trägerelements mit der Rotorwelle verbunden. Das Trägerelement ist insbesondere glockenartig ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, die rotierenden Magnetelemente innerhalb des Trägerelements anzuordnen. Die rotierenden Magnetelemente umgeben vorzugsweise die stationären Magnetelemente dieses Lagers. Hierbei können die stationären Magnetelemente von einem zapfenförmigen Lagerelemente getragen werden, dass jedoch bei dieser Ausführungsform nicht in eine Ausnehmung der Welle, sondern in eine Ausnehmung des Trägerelements ragt.
Zur axialen Justage der beiden Permanentmagnetlager und somit zur axialen Justage der Rotorelemente relativ zu den Statorelementen ist in besonders bevorzugter Ausführungsform ein Justageelement vorgesehen, dass insbesondere mit dem druckseitigen Lager zusammenwirkt. Insbesondere umgibt das Lagerelement zumindest teilweise die äußeren, insbesondere rotierenden Magnetelemente und in besonders bevorzugter Ausführungsform das Trägerelement. Das Justageelement weist vorzugsweise ein magnetisierbares Joch zur Erzeugung einer axialen Magnetkraft auf. Hierzu weist das Justageelement vorzugsweise eine elektrische Spule auf, wobei es besonders bevorzugt ist, dass zumindest ein Teil der Wicklungen der Spule die äußeren Magnetringe umgeben. Durch eine entsprechende Steuerung der Spule kann somit die von dem Justageelement auf die insbesondere äußeren Magnetelemente wirkende Kraft eingestellt werden und somit eine Justage erfolgen.
Das Joch des Justageelements ist insbesondere ringförmig ausgebildet und weist eine axiale Öffnung auf. Diese ist vorzugsweise mit einem Verbindungselement verschlossen. Das Verbindungselement ist vorzugsweise aus magnetisierbarem Material, so dass der Magnetfluss verstärkt wird. Besonders bevorzugt ist es, dass dieses Verbindungselement als Gehäusedeckel ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es, dass nur einer, insbesondere ein in axiale Richtung äußerer Magnetring des radialen Permanentmagnetlagers zur Axialreglung genutzt wird.
In besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es sich somit bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe um eine vierachsig passiv und einachsig aktiv gelagerte Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe, und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer repulsiven Anordnung der
Magnetringe.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist eine Rotorwelle 10 auf, die über ein saugseitiges Lager 12 sowie ein druckseitiges Lager 14 in einem Pumpengehäuse 16 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle trägt Rotorelemente, wobei es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um Rotorscheiben 18 einer Turbomolekularpumpe sowie um einen Rotor 20 einer Holweckpumpe handelt. Mit den Rotorscheiben 18 wirken Statorscheiben 22 und mit dem Rotor der Holweckpumpe ein Statorring 24 mit schraubenlinienförmiger Nut zusammen. Ferner ist mit der Rotorwelle zum Antrieb ein Elektromotor 26 verbunden.
Das saugseitige Lager 12 weist mehrere innere stationäre Magnetringe 30 auf, die von äußeren rotierenden Magnetringen 32 umgeben sind. Die Anordnung der Magnetringe 30, 32 ist repuisiv. Die äußeren Magnetringe 32 sind in einer Ausnehmung 34 der Rotorwelle angeordnet, so dass ein rohrförmiger Teil 36 der Rotorwelle zwischen den äußeren Magnetringen 32 und den Rotorscheiben 18 angeordnet ist. Ferner ist in der Ausnehmung 34 ein fest mit dem Rotor 10 verbundenes Innenteil 38 angeordnet. Das Innenteil 38 weist einen stift- bzw. zapfenförmigen Ansatz 40 auf.
Das in die Ausnehmung 34 ragende zapfenförmige Lageraufnahmeelement 38 trägt die statischen Magnetringe 30. Ferner ist innerhalb des Lageraufnahmeelements 28 ein Einstellelement 42 angeordnet. Dieses ist mit einem Außengewinde versehen und greift in ein in einer Bohrung des Lageraufnahmeelements 28 vorgesehenes Innengewinde ein. Durch einfaches Drehen ist somit ein axiales Verschieben des Einstellelements 42 möglich. Das Einstellelement 42 ist dem zapfenförmigen Ansatz 40 gegenüberliegend angeordnet. Zwischen dem Ansatz 40 und dem Einstellelement 42 ist eine Kugel 44 angeordnet. Diese bildet das axiale Fanglager aus. Gleichzeitig kann durch Drehen des Einstellelements 42 eine axiale Ausrichtung der Rotorwelle 10 erfolgen . Ferner ist zwischen dem Ansatz 40 und einem rohrförmigen Bereich des Lageraufnahmeelements 28 ein weiteres Fanglager 46 angeordnet. Hierbei handelt es sich um das radiale Fanglager.
Anstelle des Vorsehens von Kugeln 44, 56 zur axialen Lagerung können auch Stifte mit abgerundeten Stirnseiten vorgesehen sein. Die entsprechenden Stifte sind entweder mit den Wellenenden oder mit den Einstellelementen 42, 54 verbunden.
Das druckseitige Lagerelement 14 weist gegenüber dem saugseitigen Lagerelement 12 eine geringere Steifigkeit auf. Insofern ist die Anzahl der Magnetringe geringer. Die statischen Magnetringe 48 sind von den rotierenden Magnetringen 50 umgeben. Die statischen Magnetringe 48 sind auf einem als Zapfen oder Zylinder ausgebildeten Lageraufnahmeelement 52 angeordnet. Innerhalb des Lageraufnahmeelements 52 ist ein Einstellelement 54 angeordnet. Dies ist entsprechend dem Einstellelement 42 mit einem Außengewinde versehen und greift in ein Innengewinde ein . Durch Drehen des Einstellelements 54 kann wiederum eine axiale Justage erfolgen. Hierzu wirkt das Einstellelement 54 auf eine wiederum als axiales Fanglager dienende Kugel 56 ein, die an einem Wellenzapfen 58 der Rotorwelle 10 anliegt. Mit dem Wellenzapfen 58 der Rotorwelle 10 ist ferner ein im dargestellten Ausführungsbeispiel glockenförmiges Trägerelement 60 verbunden. Das glockenförmige Trägerelement 60 trägt auf einer Innenseite die rotierenden Magnetringe 50.
Zwischen dem Wellenzapfen 58 und einem rohrförmigen Ansatz des Lageraufnahmeelements 52 ist ferner ein vom axialen Fanglager gesondertes radiales Fanglager 62 angeordnet.
Das glockenförmige Trägerelement 60 ist zumindest teilweise von einem Justageelement 64 umgeben . Dieses weist ein zur Rotationsachse 66 rotationssymmetrisch ausgebildetes Joch 68 auf. Innerhalb des Jochs 68 ist zur Erzeugung von Magnetkräften eine Spule 70 angeordnet. Des Weiteren ist das Joch 68 mit einem magnetisierbaren Verbindungsteil 72 verbunden. Das Verbindungsteil 72 dient gleichzeitig als Gehäusedeckel des Pumpengehäuses 16. Der Gehäusedeckel 72 weist eine Öffnung 74 auf, die mit einem Stopfen oder Deckelverschlossen sein kann. Durch die Öffnung 74 ist das axiale Einstellelement 54 auf einfache Weise zugänglich. Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel 72 mit dem Lageraufnahmeelement 52 starr verbunden, wobei es sich bei diesen Bauteilen insbesondere um Bauteile aus unterschiedlichem Material handelt, da nur der Gehäusedeckel 72 aus magnetisierbarem Material besteht.
Sämtliche Magnete 30, 32, 48, 50 der beiden als Permanentmagnetlager ausgebildeten Lager 12, 14 sind in bevorzugter Ausführungsform repulsiv (Fig. 2) angeordnet. Bei benachbarten Magnetringen ist somit der gleiche Pol einander gegenüberliegend angeordnet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine vierachsig passiv und einachsig aktiv gelagerte Turbomolekularpumpe.

Claims

Ansprüche
1. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularvakuumpe, mit einer in einem Pumpengehäuse (16) gelagerten Rotorwelle (10), die mindestens ein Rotorelement (18, 20) trägt, und zwei jeweils zwischen einem mit dem Pumpengehäuse (16) verbundenen Lageraufnahmeelement (28, 52) und der Rotorwelle (10) angeordneten Lagern (12, 14), wobei beide Lager (12, 14) als Permanentmagnetlager, und zumindest eines der beiden Lager, insbesondere beide Lager (12, 14) als repulsive Magnetlager ausgebildet sind.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Lager, insbesondere beide Lager (12, 14) als radiale Magnetlager ausgebildet sind.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Lager ein Fanglager (44, 46; 56, 62) zugeordnet ist.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines, insbesondere beide Fanglager, ein radiales Fanglager (46, 62) und ein von diesem getrenntes axiales Fanglager (44, 56) aufweisen.
5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines, insbesondere beide axialen Fanglager (44, 56) axial einstellbar sind.
6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines, insbesondere beide axialen Fanglager ein in axialer Richtung verschiebbares Einstellelement (42, 54) aufweisen, das vorzugsweise mit dem jeweiligen Lageraufnahmeelement (28, 52) des zugehörigen Magnetlagers (12, 14) verbunden ist.
7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Magnetlager (12, 14) eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen, wobei vorzugsweise ein zu dem Schwerpunkt der Rotorwelle (10) einen geringeren Abstand aufweisendes Magnetlager (12) eine höhere Steifigkeit aufweist.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein saugseitig angeordnetes Magnetlager (12) eine höhere Steifigkeit aufweist.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Magnetlager (14), insbesondere bei dem druckseitigen Magnetlager (14) ein äußeres Magnetelement (50) von einem mit der Rotorwelle (10) verbundenen Trägerelement (60) getragen wird, wobei das Trägerelement (60) insbesondere glockenförmig ausgebildet ist.
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Lager (14), insbesondere dem druckseitigen Lager (14) äußere Magnetelemente (50) zumindest teilweise von einem Justageelement (64) zur axialen Justage der Rotorwelle (10) umgeben ist.
11. Vakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Justageelement (64) ein magnetisierbares Joch (68) zur Erzeugung einer Magnetkraft aufwiest.
12. Vakuumpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Justageelement (64) eine elektrische Spule (70) zum Erzeugen einer axialen Magnetkraft aufweist.
13. Vakuumpumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das insbesondere ringförmig ausgebildete Joch (68) eine axiale Öffnung aufweist, die mit einem Verbindungselement (72) verschlossen ist.
14. Vakuumpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (72) als Gehäusedeckel ausgebildet ist.
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