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Title:
VACUUM PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/170555
Kind Code:
A1
Abstract:
A vacuum pump has stator elements (12) in a pump housing (10). The stator elements (12) cooperate with rotor elements (16). The rotor elements (16) are borne by a rotor shaft (14), wherein the rotor shaft (14) is mounted in the pump housing (10) by means of bearing elements (20). The bearing element (20) is surrounded by a support element (26), wherein the support element (26) has an inner part (28), an outer part (30) and multiple resilient arms (32) connecting the inner part (28) to the outer part (30). The resilient arms (32) each have at least one cavity (36).

Inventors:
HÖLZER, Rainer (Eifelstraße 7A, Hürth, 50354, DE)
Application Number:
EP2019/055205
Publication Date:
September 12, 2019
Filing Date:
March 01, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD GMBH (Bonner Straße 498, Köln, 50968, DE)
International Classes:
F04D19/04; F04D29/056; F04D29/66; F16C27/06; F16C35/077
Domestic Patent References:
WO2006131694A12006-12-14
Foreign References:
JP2010203504A2010-09-16
US20080152483A12008-06-26
EP1925833A12008-05-28
EP2064448A12009-06-03
Attorney, Agent or Firm:
VON KREISLER SELTING WERNER (Deichmannhaus am Dom, Bahnhofsvorplatz 1, Köln, 50667, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Vakuumpumpe mit

einem in einem Pumpengehäuse (10) angeordneten Statorelement (12), einem mit dem Statorelement (12) zusammenwirkenden Rotorelement (16),

einer das Rotorelement (16) tragenden Rotorwelle (14),

im Pumpengehäuse (10) angeordnete, die Rotorwelle (14) tragenden Lagerelementen (20) und

einem zumindest eines der Lagerelemente (20) umgebenden Abstütze- lement (26) mit einem mit dem Lagerelement (20) verbundenden In- nenteil (28), einem mit dem Pumpengehäuse (10) verbundenem Außen- teil (30) und mehreren das Innenteil (28) mit dem Außenteil (30) ver- bindenden Federarmen (32)

dadurch gekennzeichnet, dass

die Federarme (32) jeweils mindestens einen Hohlraum (36) aufweisen.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der min- destens eine Hohlraum (36) mit Dämpfungsmaterial insbesondere pul- verförmigen Material gefüllt ist.

3. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekenn- zeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (36) vollständig umschlos- sen ist.

4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeich- net, dass der mindestens eine Hohlraum oder mehrere Hohlräume (36) gemeinsam je Federarm (32) 5% das Volumen des Federarms (32) aus- machen.

5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeich- net, dass die Federarme (32) ringsegmentförmig oder spiralsegmentför- mig ausgebildet sind.

6. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeich- net, dass mehrere Federarme (32) sich in radialer Richtung des Abstüt- zelements (26) zumindest teilweise überdecken.

7. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeich- net, dass alle Federarme (32) mit dem Innenteil (28) und/oder dem Au- ßenteil (30) fest verbunden sind.

8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeich- net, dass die Federarme (32), das Innenteil (28) und das Außenteil (30) einstückig ausgebildet sind.

9. Abstützelement für ein Lagerelement (20) einer Rotorwelle einer Vaku- umpumpe, mit

einem mit dem Lagerelement (20) verbindbaren Innenteil (28), einem Pumpengehäuse (10) verbindbaren Außenteil (30) und

mehrere das Innenteil (28) mit dem Außenteil (30) verbindenden Feder- armen (32)

dadurch gekennzeichnet, dass

die Federarme (32) jeweils mindestens einen Hohlraum (36) aufweisen.

Description:
Vakuumpumpe

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe.

Eine Vakuumpumpe, wie beispielsweise eine Turbomolekularpumpe, weist in ei- nem Pumpengehäuse ein mehrere Statorscheiben aufweisendes Statorelement auf. Ferner ist ein wiederum mehrere Rotorscheiben aufweisendes Rotorelement vorgesehen, wobei die Statorscheiben und die Rotorscheiben in axialer Richtung bzw. in Förderrichtung abwechselnd zueinander angeordnet sind. Das die Ro- torscheiben aufweisende Rotorelement ist von einer Rotorwelle getragen. Die Rotorwelle ist von Lagerelementen getragen, die mittelbar oder unmittelbar im Pumpengehäuse angeordnet sind. Bei anderen Vakuumpumpentypen, wie bei- spielsweise Schraubenpumpen sind die Rotorelemente durch zwei Schrauben- rotoren ausgebildet, wobei jeder Schraubenrotor über eine Rotorwelle im Pum- pengehäuse gelagert ist. Das Statorelement ist hierbei durch das Pumpenge- häuse bzw. die Ausgestaltung der Bohrung bzw. Öffnung des Pumpengehäuses in dem die Schraubenrotoren angeorndet sind, ausgebildet. Entsprechendes gilt bei Rootspumpen, Klauenpumpen und dergleichen.

Die Lagerung der Rotorwellen erfolgt häufig über Magnetlager und/oder Wälz- lager. Bei Wälzlagern ist es bekannt, diese nicht unmittelbar im Pumpengehäuse anzuordnen, sondern zwischen einem Außenring des Wälzlagers und dem Pum- pengehäuse ein Abstützelement wie einen Schwingungsring vorzusehen. Durch ein derartiges Abstützelement werden je nach Ausgestaltung radiale und/oder axiale Kräfte aufgenommen, bzw. gedämpft. Ein besonders ausgestaltetes Abstützelement ist aus EP 2064448 bekannt. Die- ses Abstützelement weist einen ringförmigen Innenteil und einen ringförmigen Außenteil auf. Das Innenteil und das Außenteil sind über Federarme miteinander verbunden, wobei das Innenteil, das Außenteil und die Federarme einstückig ausgebildet sind. Die Federarme sind bei dem aus EP 2064448 bekannten Ab- stützelement dadurch ausgebildet, dass in einem scheibenförmigen Element in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze vorgesehen werden. Hierdurch ist eine Bewegung des ringförmigen Innenteils relativ zum ringförmigen Außenteil mög- lich. Nachteilig mit dem aus EP 2064448 bekannten Abstützelement ist, dass dieses nur sehr geringe Dämpfungseigenschaften aufweist. Dies liegt insbeson- dere auch darin begründet, dass sich die Eigenschaften dieses Abstützelements bei Temperaturänderungen und durch Einfluss chemischer Substanzen der Um gebung verändern. Ferner werden radiale Bewegungen des Lageraußenrings des Wälzlagers nur schlecht übertragen, da die Federarme reibungsbehaftet sind. Das Reibverhalten variiert hierbei sehr stark.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomo- lekularvakuumpumpe zu schaffen, bei der ein Abstützelement vorgesehen ist mit dem eine verbesserte Dämpfung eines Lagerelements realisiert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Abstützelement mit den Merk- malen des Anspruchs 9.

Eine Vakuumpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem Statorelemente an- geordnet sind oder das Statorelemente ausbildet. Mit dem mindestens einen Statorelement wirkt mindestens ein Rotorelement zusammen. Je nach Vakuum- pumpentyp sind die Statorelemente und die Rotorelemente unterschiedliche ausgebildet. Bei einer Turbomolekularpumpe weist das Statorelement mehrere Statorscheiben auf, die mit mehreren Rotorscheiben zusammen wirken. Ent- sprechend wirken bei einer Schraubenpumpe Schraubenrotoren mit der ent- sprechenden Bohrung bzw. Ausnehmung in dem Gehäuse zusammen, wobei die Innenseite des Gehäuses sodann das Statorelement bildet. Entsprechendes gilt für Roots- oder Klauenpumpen. Die Rotorelemente werden von mindestens ei- ner Rotorwelle getragen. Die mindestens eine Rotorwelle ist in dem Pumpenge- häuse angeordnet und wird von in diesem angeordneten Lagerelementen getra- gen. Bei den Lagerelementen kann es sich insbesondere um Magnet- oder Wälz- lager handeln. Bei Wälzlagern ist es vorteilhaft diese nicht unmittelbar im Pum- pengehäuse anzuordnen, sondern zwischen dem Wälzlager insbesondere an dem Außenring des Wälzlagers unter dem Pumpengehäuse ein Abstützelement vorzusehen.

Das Abstützelement weist erfindungsgemäß ein Innenteil sowie ein Außenteil auf. Das Innenteil ist hierbei mit dem Lagerelement verbunden, wobei das In- nenteil ggf. auch den Außenring des Wälzlagers ausbilden kann. Das Außenteil ist mit dem Pumpengehäuse verbunden. Zur Verbindung des Innenteils mit dem Außenteil sind insbesondere mehrere Federarme vorgesehen. In besonders be- vorzugter Ausführungsform sind die Federarme einstückig mit dem Innenteil und/oder dem Außenteil verbunden bzw. ausgebildet. Zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Feder- arme jeweils zumindest einen Hohlraum aufweisen. Hierdurch ist eine gute Ver- formung der Federarme möglich, sodass die Dämpfungseigenschaften verbes- sert werden.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist in dem mindestens einen Hohl- raum Dämpfungsmaterial angeordnet. Der mit Dämpfungsmaterial gefüllte Hohlraum kann mit einem Dämpfungsmaterial unterschiedlicher Eigenschaften, Menge etc. gefüllt werden, um die Dämpfungseigenschaften zu verändern. Besonders bevorzugt ist es als Dämpfungsmaterial ein Pulver vorzusehen. Be- vorzugt wird als Pulver eine Masse aus feinen Festkörperpartikeln verwendet, die unter den Betriebsbedingungen nicht verklumpen oder verschmelzen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Hohl- raum je Federarm vollständig umschlossen. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Dämpfungsmaterial nicht aus dem Hohlraum herausgedrückt wird, wodurch die Dämpfungseigenschaften verändert würden. Auch der Verlust von Dämp- fungsmaterial ist hierdurch vermieden. Dies ist insbesondere bei ggf. im Bereich der Abstützelemente herrschendem Unterdrück vorteilhaft. Die in den Federar- men vorgesehenen Hohlräume können hierbei durch Deckel verschlossen sein. Bevorzugt ist es, dass bereits ein Herstellungsverfahren gewählt wird, bei dem die Hohlräume umschlossen sind. Beispielsweise könnte das Abstützelement ge- gossen werden, wobei die Hohlräume durch verlorene Kerne ausgebildet wer- den. Bevorzugt ist die Herstellung der Abstützelemente im 3D-Druck, wobei es hierbei möglich ist in den Hohlräumen das entsprechende Pulver vorzusehen und die Hohlräume während des Drucks auszubilden. Besonders bevorzugt ist hierbei ein metallischer 3D-Druck.

Vorzugsweise macht der mindestens eine Hohlraum oder die mehreren Hohl- räume je Federarm mindestens 5% des Volumens des jeweiligen Federarms aus. Hierdurch ist es möglich insbesondere auch in Abhängigkeit des verwende- ten Dämpfungsmaterials die Dämpfungscharakteristik der Federarme einzustel- len.

In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Fe- derarme ringsegmentförmig oder spiralsegmentförmig. Die Federarme bilden somit einen Teil eines Rings oder einer Spirale aus. Insbesondere erstrecken sich die ring- oder spiralsegmentförmigen Federarme um einen Winkel von mehr als 90° insbesondere mehr als 180° und besonders bevorzugt mehr als 270° Grad. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass sich mehrere Federarme in radialer Richtung des Abstützelements, d.h. in radialer Richtung der Rotorwelle zumin- dest teilweise überdecken. Auch eine Überdeckung in Umfangsrichtung ist ins- besondere bei segment-oder spiralsegmentförmigen Ausgestaltungen der Fe- derarme bevorzugt, um eine gute Dämpfungscharakteristik zu erzielen.

Besonders bevorzugt ist es, dass alle Federarme mit dem Innenteil und/oder dem Außenteil fest verbunden sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Federarme, das Innenteil und das Außenteil einstückig ausgebildet sind.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Abstützelement für ein Lagerelement, wie ein Wälzlager einer Rotorwelle einer Vakuumpumpe. Das Abstützelement ist, wie vorstehend ausgeführt, erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass es ein Innenteil und ein Außenteil aufweist, wobei das Innenteil mit dem Lageelement und das Außenteil mit dem Gehäuse mittelbar oder unmittelbar verbindbar ist. Das Innenteil ist mit dem Außenteil über mehrere Federarme verbunden, wobei die Federarme jeweils mindestens einen Hohlraum aufweisen. Die Ausgestal- tung der Abstützelemente ist wie vorstehend anhand der Vakuumpumpe be- schrieben, insbesondere vorteilhaft weitergebildet.

Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug- nahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen :

Figur 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Teils einer

Turbomolekularpumpe,

Figur 2 eine schematische Draufsicht eines Abstützelement und

Figur 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fi gur 2. In der stark vereinfachten Schnittansicht in Figur 1 ist als Vakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe dargestellt. Diese weist ein Pumpengehäuse 10 auf. Das Pumpengehäuse 10 trägt ein Statorelement, das im dargestellten Ausführungs- beispiel mehrere Statorscheiben 12 aufweist. Ferner ist in dem Pumpengehäuse 10 eine Rotorwelle 14 angeordnet, die ein Rotorelement 16 trägt. Diese weist im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Rotorscheiben 16 auf. Die Rotor- welle 14 wird über einen schematisch dargestellten Elektromotor 18 angetrie- ben. Gelagert ist die Rotorwelle 14 in einem Deckel des Gehäuses 10 über ein Lager 20. Auf einer gegenüberliegenden Seite am Einlass der Vakuumpumpe ist ggf. ein weiteres Wälzlager oder ein Lagerelement vorgesehen.

Ein Innenring 22 des Wälzlagers 20 ist mit der Rotorwelle 14 verbunden. Ein Außenring 24 des Wälzlagers 20 ist mit einem Abstützelement 26 verbunden.

Das Abstützelement 26 (Figuren 2 und 3) weist ein Innenteil 28 und einen Au- ßenteil 30 auf. Das Innenteil 28 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über vier Federarme 32 mit dem Außenteil 30 verbunden. Im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist das gesamte Abstützelement 26 einstückig ausgebildet.

Die spiralsegmentförmig ausgebildeten Federarme 32 sind durch Schlitze 34 voneinander getrennt. Die Schlitze 34 erstrecken sich über die gesamte Dicke des Abstützelements 26 (Figur 3).

In jedem der Federarme 32 ist ein Hohlraum 36 vorgesehen, wobei je Federarm 32 auch mehrere Hohlräume 36 vorgesehen sein können. Die Hohlräume 36 sind zur Einstellung von Dämpfungscharakteristika mit einem Pulver gefüllt.

Durch das erfindungsgemäße Abstützelement ist es möglich, bezogen auf eine Rotationsachse 38 (Figur 1) auftretende Axial- und Radialkräfte zu dämpfen.