WO2018041605A1 - Vakuumpumpen-rotor - Google Patents

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WO2018041605A1
WO2018041605A1 PCT/EP2017/070447 EP2017070447W WO2018041605A1 WO 2018041605 A1 WO2018041605 A1 WO 2018041605A1 EP 2017070447 W EP2017070447 W EP 2017070447W WO 2018041605 A1 WO2018041605 A1 WO 2018041605A1
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pump rotor
displacement
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Thomas Dreifert
Wolfgang Giebmanns
Roland Müller
Dirk Schiller
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Leybold Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump rotor, in particular for screw pumps, claw pumps, Roots pumps and multi-stage claw and Roots pumps.
  • Rotors are usually made of steel or cast iron.
  • the rotor has a rotor shaft with one or more displacement elements, wherein the displacement elements are designed differently depending on the pump type.
  • the rotor shaft and the displacement elements are in this case made in one piece from steel or cast iron. Due to the hardness of steel and cast iron machining the corresponding vacuum pump rotors, for example, for producing a helical groove in a rotor for a screw pump is complicated and expensive. In particular, the tooling costs are high.
  • vacuum pump rotors are known for screw pumps, in which the shaft is made of steel and carries a displacement element made of aluminum.
  • Vacuum pump rotors made of different materials represent a considerable manufacturing effort, since the two components must be joined together and also due to the high temperatures occurring in vacuum pumps, due to the different thermal expansion coefficients of the materials, a precise cooling must be ensured.
  • the object of the invention is to provide a vacuum pump rotor which has high reliability at a low manufacturing cost.
  • the vacuum pump rotor has a rotor shaft, on which at least two displacement elements are arranged.
  • the displacement elements are, in particular, displacement elements for screw pumps, claw pumps, roots pumps or multistage claw or root pumps.
  • the rotor shaft has at least one shaft end for the arrangement of bearing elements.
  • at least two bearing elements are provided.
  • the rotor shaft may have two shaft ends, so that a bearing element is arranged on each shaft end for two-sided mounting.
  • the rotor shaft, the at least one displacement element and the shaft ends of the rotor shaft are made of aluminum or an aluminum alloy. According to the invention thus the entire vacuum pump rotor is made of the same material. As a result, the manufacturing cost can be significantly reduced, since the machining of aluminum and aluminum alloys is cheaper. In particular, the tooling costs are lower.
  • the rotor shaft is integrally formed with at least one of the displacement elements. Furthermore, it is preferred that all displacement elements are formed integrally with the rotor shaft. This has the advantage that no joining of the components is required. Furthermore, it is preferred that the at least one shaft end is formed integrally with the rotor shaft.
  • the at least one displacement element and the at least one shaft end aluminum or an aluminum alloy used, the one
  • the aluminum alloy it is preferable to use AISi9Mg or AISil7Cu4Mg. It is particularly preferred that the alloy has a high silicon content of preferably at least 15%.
  • wear-critical surfaces of the at least one displacement element and / or the rotor shaft and / or the shaft ends are provided with a wear-reducing coating.
  • a wear-reducing coating may be, for example, an anodic coating.
  • the coating may be chromic or sulfuric, anodized or hard-coated.
  • a bush made of a harder material, in particular steel or ceramic is arranged on the at least one shaft end.
  • the bushing can be pressed onto the at least one shaft end or cast into the shaft end during production.
  • a surface of the at least one displacement element is provided with a runflat coating.
  • a runflat coating for example based on PTFE or molybdenum sulfide, has the advantage that when two contact displacement elements come into contact, the coating runs in, and so far seizing of the vacuum-pump rotors is avoided.
  • the gap height i. E. the gap between the compression causing components, such as between two screw rotors or between a rotor outside and inside reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a screw rotor.
  • a vacuum pump rotor of a screw pump has a rotor shaft 10, on which in the illustrated embodiment, two displacement elements 12, 14 are arranged.
  • the rotor shaft 10 and the Displacement elements 12, 14 integrally formed.
  • the two displacement elements 12, 14 have a different pitch, wherein the greater slope displacement element 14 is connected to the inlet of the vacuum pump on the left side in the figure and the lower slope having displacement element 12 on the right in FIG Side is connected to the outlet of the vacuum pump.
  • the rotor shaft 10 has in the illustrated embodiment, two shaft ends 16, since it is in the illustrated embodiment, a pump pump mounted on two sides pump.
  • the two shaft ends 16 serve to receive bearing elements.
  • the two shaft ends 16 may additionally be provided with a socket, not shown, which is made in particular of a harder material.
  • the bushing can be pressed onto the shaft ends or cast into them.
  • the illustrated vacuum pump rotor is preferably formed in one piece, so that the shaft 10 including the shaft ends 16 and the two displacement elements 12, 14 is made of a material, in particular aluminum or an aluminum alloy.
  • the illustrated vacuum pump rotor has a shaft extension 18. This serves, for example, to receive a toothed wheel via which the rotor shaft 10 is driven or optionally synchronized with the second screw pump rotor.
  • the projection 18 is formed integrally with the shaft 10 and made of the same material.
  • Surfaces 20, 22 of the displacement member 14 may be provided with a wear reducing coating and / or a runflat coating. This is also the case with a surface 24 of the Rotor shaft 10 possible. Of course, corresponding coatings can also be provided in the displacement element 12.
  • shaft end ends 16 are not provided with a bushing, it is advantageous to provide the surface 26 of the shaft ends 16 with a wear-reducing coating.

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Abstract

x Ein Vakuum pumpen -Rotor weist mindestens ein auf einer Rotorwelle (10) angeordnetes Verdrängungselement (12, 14) auf. Die Rotorwelle (10) weist mindestens ein Wellenende (16) zur Anordnung eines Lagerelements auf. Das Rotorelement (10), das mindestens eine Verdrängungselement (12, 14) und das mindestens eine Wellenende (16) sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt.

Description

Vakuumpumpen-Rotor
Die Erfindung betrifft einen Vakuumpumpen-Rotor, insbesondere für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen und mehrstufigen Klauen- und Rootspumpen.
Rotoren sind üblicherweise aus Stahl oder Gusseisen hergestellt. Hierbei weist der Rotor eine Rotorwelle mit einem oder mehreren Verdrängungselementen auf, wobei die Verdrängungselemente je nach Pumpentyp unterschiedlich ausgestaltet sind. Die Rotorwelle und die Verdrängungselemente sind hierbei einstückig aus Stahl oder Gusseisen hergestellt. Aufgrund der Härte von Stahl und Gusseisen ist die Bearbeitung der entsprechenden Vakuumpumpen- Rotoren, beispielsweise zum Herstellen einer schraubenlinienförmigen Nut bei einem Rotor für eine Schraubenpumpe aufwendig und teuer. Insbesondere sind auch die Werkzeugkosten hoch .
Ferner sind Vakuum pumpen -Rotoren für Schraubenpumpen bekannt, bei denen die Welle aus Stahl hergestellt ist und ein Verdrängungselement aus Aluminium trägt. Vakuumpumpen-Rotoren aus unterschiedlichen Materialien stellen einen erheblichen Fertigungsaufwand dar, da die beiden Bauteile miteinander gefügt werden müssen und ferner aufgrund der bei Vakuumpumpen auftretenden hohen Temperaturen, aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien, eine präzise Kühlung sichergestellt sein muss. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vakuumpumpen-Rotor zu schaffen, der bei niedrigen Herstellungskosten eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Vakuumpumpen-Rotor gemäß Anspruch 1.
Der erfindungsgemäße Vakuumpumpen-Rotor weist eine Rotorwelle auf, auf der mindestens zwei Verdrängungselemente angeordnet sind. Je nach Rotortyp handelt es sich bei den Verdrängungselementen insbesondere um Verdrängungselemente für Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Rootspumpen oder mehrstufige Klauen- oder Rootspumpen. Die Rotorwelle weist mindestens ein Wellenende zur Anordnung von Lagerelementen auf. Bei Ausgestaltung der Rotorwelle mit nur einem Wellenende handelt es sich um fliegend gelagerte Vakuumpumpen-Rotoren . Bei fliegend gelagerten Vakuumpupen-Rotoren sind mindestens zwei Lagerelemente vorgesehen . Ebenso kann die Rotorwelle zwei Wellenenden aufweisen, so dass zur zweiseitigen Lagerung auf jedem Wellenende ein Lagerelement angeordnet wird.
Erfindungsgemäß sind die Rotorwelle, das mindestens eine Verdrängungselement und die Wellenenden der Rotorwelle aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Erfindungsgemäß ist somit der gesamte Vakuumpumpen-Rotor aus demselben Material hergestellt. Hierdurch können die Herstellungskosten deutlich reduziert werden, da die Bearbeitung von Aluminium und Aluminiumlegierungen kostengünstiger ist. Insbesondere sind die Werkzeugkosten geringer.
Selbst wenn die Verdrängungselemente gesondert hergestellt werden und auf der Rotorwelle gefügt werden, ist dies in der Fertigung einfacher, da die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Bauteile identisch sind. Es besteht insofern keine Gefahr, dass ein Lösen der Verbindung bei Temperaturänderungen auftritt. Auch wenn die einzelnen Bauteile aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen hergestellt sind, ist dies gegeben, da die beiden Ausdehnungskoeffizienten sich sodann nur geringfügig unterscheiden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist die Rotorwelle mit zumindest einem der Verdrängungselemente einstückig ausgebildet. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass sämtliche Verdrängungselemente einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass kein Fügen der Bauteile erforderlich ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das mindestens eine Wellenende einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist.
Vorzugsweise wird für die Rotorwelle, das mindestens eine Verdrängungselement und das mindestens eine Wellenende Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet, die einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als oder gleich 21xlO"6/K und vorzugsweise von weniger als oder gleich 18xlO"6/K aufweist. Als Aluminiumlegierung ist es bevorzugt, AISi9Mg oder AISil7Cu4Mg zu verwenden. Besonders bevorzugt ist es, dass die Legierung einen hohen Siliciumanteil von vorzugsweise mindestens 15% aufweist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind insbesondere verschleißkritische Oberflächen des mindestens einen Verdrängungselements und/oder der Rotorwelle und/oder der Wellenenden mit einer verschleißverringernden Beschichtung versehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine anodische Beschichtung handeln. Die Beschichtung kann chromsauer oder schwefelsauer, eloxiert oder hartcoatiert sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem mindestens einen Wellenende eine Buchse aus härterem Material, insbesondere Stahl oder Keramik angeordnet. Hierdurch ist insbesondere in einem hohen verschleißbelasteten Bereich der Verschleiß verringert. Die Buchse kann auf das mindestens eine Wellenende aufgepresst sein oder in das Wellenende bei der Herstellung eingegossen werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche des mindestens einen Verdrängungselements mit einer Notlaufbeschichtung versehen. Hierbei ist es bevorzugt, dass nur diejenigen Oberflächen des Verdrängungselements mit einer derartigen Beschichtung versehen werden, die im Betrieb mit einem anderen Verdrängungselement in Kontakt kommen können. Das Vorsehen einer derartigen Notlaufbeschichtung, beispielsweise auf Basis von PTFE oder Molybdänsulfit hat den Vorteil, dass beim Kontakt zweier Verdrängungselemente die Beschichtung einläuft und insofern ein Fressen der Vakuumpumen-Rotoren vermieden ist. Ferner wird durch das Vorsehen einer derartigen Beschichtung die Spalthöhe, d.h . der Spalt zwischen die Kompression bewirkenden Bauteilen, wie zwischen zwei Schraubenrotoren oder zwischen einer Rotoraußenseite und Innenseite verringert. Durch Verringerung der Spalthöhe steigen das Saugvermögen an der Vakuumpumpe und der erzielbare Enddruck. Die Temperaturen und die Leistungsaufnahme sinken.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schraubenrotors.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Schraubenrotors beschrieben, wobei die Erfindung insbesondere auch auf Rotoren für Klauenpumpen, Rootspumpen und mehrstufige Klauen- und Rootspumpen übertragbar ist.
Ein Vakuum pumpen -Rotor einer Schraubenpumpe weist eine Rotorwelle 10 auf, auf der im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Verdrängungselemente 12, 14 angeordnet sind. Insbesondere sind die Rotorwelle 10 und die Verdrängungselemente 12, 14 einstückig ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Verdrängungselemente 12, 14 eine unterschiedliche Steigung auf, wobei das eine größere Steigung aufweisende Verdrängungselement 14 mit dem Einlass der Vakuumpumpe auf der in der Figur linken Seite verbunden ist und das die geringere Steigung aufweisende Verdrängungselement 12 auf der in Figur rechten Seite mit dem Auslass der Vakuumpumpe verbunden ist.
Die Rotorwelle 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Wellenenden 16 auf, da es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen zweiseitig gelagerten Vakuum pumpen -Rotor handelt. Die beiden Wellenenden 16 dienen zur Aufnahme von Lagerelementen. Die beiden Wellenenden 16 können zusätzlich mit einer nicht dargestellten Buchse versehen sein, die insbesondere aus härterem Material hergestellt ist. Die Buchse kann auf die Wellenenden aufgepresst oder in diese eingegossen sein.
Der dargestellte Vakuumpumpen-Rotor ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, so dass die Welle 10 einschließlich der Wellenenden 16 und der beiden Verdrängungselemente 12, 14 aus einem Material, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Ferner weist der dargestellte Vakuumpumpen-Rotor einen Wellenansatz 18 auf. Dieser dient beispielsweise zur Aufnahme eines Zahnrads, über das die Rotorwelle 10 angetrieben oder gegebenenfalls mit dem zweiten Schraubenpumpenrotor synchronisiert wird. Vorzugsweise ist auch der Ansatz 18 einstückig mit der Welle 10 ausgebildet und aus demselben Material hergestellt.
Oberflächen 20, 22 des Verdrängungselements 14 können mit einer verschleißverringernden Beschichtung und/oder einer Beschichtung für Notlaufeigenschaften versehen sein. Dies ist auch bei einer Oberfläche 24 der Rotorwelle 10 möglich. Selbstverständlich können entsprechende Beschichtungen auch bei dem Verdrängungselement 12 vorgesehen sein .
Wenn die Wellendenden 16 nicht mit einer Buchse versehen sind, ist es vorteilhaft, die Oberfläche 26 der Wellenenden 16 mit einer verschleißverringernden Beschichtung zu versehen.

Claims

Ansprüche
1. Vakuumpumpen-Rotor, mit mindestens einem auf einer Rotorwelle (10) angeordneten Verdrängungselement (12, 14), wobei die Rotorwelle (10) mindestens ein Wellenende (16) zur Anordnung eines Lagerelements aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10), das mindestens eine Verdrängungselement (12, 14) und das mindestens eine Wellenende (16) aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung hergestellt ist.
2. Vakuumpumpen-Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorwelle (10) mindestens zwei Verdrängungselemente (12, 14) angeordnet sind.
3. Vakuumpumpen-Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10) und zumindest eines der Verdrängungselemente (12, 14) einstückig ausgebildet sind.
4. Vakuumpumpen-Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10) und sämtliche Verdrängungselemente (12, 14) einstückig ausgebildet sind.
5. Vakuumpumpen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Aluminium bzw. die verwendete Aluminiumlegierung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner oder gleich 21x10 /K und vorzugsweise kleiner oder gleich 18x10" 6/K ist.
6. Vakuumpumpen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung einen hohen Siliciumanteil von vorzugsweise mindestens 15% aufweist.
7. Vakuumpumpen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (20, 22, 24, 26) des mindestens einen Verdrängungselements (12, 14) und/oder der Rotorwelle (10) mit einer verschleißverringernden Beschichtung versehen ist.
8. Vakuumpumpen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Wellenende (16) eine Buchse aus härterem Material, insbesondere aus Stahl oder Keramik aufweist.
9. Vakuumpumpen-Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse auf das mindestens eine Wellenende (16) aufgepresst oder in der mindestens eine Wellenende (16) eingegossen ist.
10. Vakuumpumpen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (20, 22, 24, 26) mindestens eines der Verdrängungselemente (12, 14) und insbesondere alle Verdrängungselemente (12, 14) mit einer Notlaufbeschichtung versehen ist.
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