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DE10320851A1 - turbopump - Google Patents

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DE10320851A1
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ring
outer ring
rotor
magnets
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DE10320851A
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Christian Dr. Beyer
Heinrich Engländer
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Leybold GmbH
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Leybold Vakuum GmbH
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Abstract

Die Turbovakuumpumpe zur Erzeugung eines Hochvakuums weist eine mit hoher Drehzahl rotierende Rotorwelle (15) auf, die in zwei Wälzlagern (21, 21a) gelagert ist. Der Außenring (34) eines Wälzlagers ist in axialer Richtung durch eine Magnetanordnung aus zwei ringförmigen Magneten (35, 36) vorgespannt, zwischen denen ein Luftspalt (37) gebildet ist. Dadurch wird die Übertragung von geräuschbildenden Schwingungen von dem Rotor auf das Gehäuse (12) verhindert.The Turbovacuum pump for generating a high vacuum has one rotor shaft (15) rotating at high speed, which in two roller bearings (21, 21a) is stored. The outer ring (34) of a rolling bearing in the axial direction by a magnet arrangement consisting of two ring-shaped magnets (35, 36) biased, between which an air gap (37) is formed is. This will make the transfer of noise-generating Vibrations from the rotor to the housing (12) prevented.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe oder eine Turbovakuumpumpe und insbesondere die Lagerung der Rotorwelle in einer Turbovakuumpumpe.The The invention relates to a turbomolecular pump or a turbovacuum pump and in particular the bearing of the rotor shaft in a turbo vacuum pump.

In DE 197 09 205 A1 (Leybold) ist eine Vakuumpumpe mit Wellenlagerung beschrieben, bei der die Rotorwelle in Wälzlagern gelagert ist. Die Wälzlager sind Kugellager, deren Außenring jeweils an dem Gehäuse axial abgestützt ist. Der Außenring sitzt in einer Gleithülse, die von einem dämpfenden elastomeren O-Ring umgeben ist.In DE 197 09 205 A1 (Leybold) describes a vacuum pump with shaft bearings in which the rotor shaft is mounted in roller bearings. The roller bearings are ball bearings, the outer ring of which is axially supported on the housing. The outer ring sits in a sliding sleeve, which is surrounded by a damping elastomeric O-ring.

Eine schnelllaufende Turbopumpe ähnlicher Art ist in DE 199 55 517 A1 (Leybold) beschrieben. Auch hierbei ist der Außenring des die Rotorwelle lagernden Kugellagers in physischem Kontakt zu dem Gehäuse an diesem abgestützt.A high-speed turbopump of a similar type is in DE 199 55 517 A1 (Leybold). Here, too, the outer ring of the ball bearing supporting the rotor shaft is supported on the housing in physical contact with the housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Turbovakuumpumpe die Lagerung der Rotorwelle im Hinblick auf die auf das Gehäuse übertragenen Rotorschwingungen zu verbessern.The Invention is based on the object in a turbo vacuum pump the bearing of the rotor shaft with regard to those transferred to the housing To improve rotor vibrations.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach besteht die Abstützvorrichtung, die den Außenring eines Wälzlagers gehäuseseitig abstützt, bei mindestens einem Wälzlager aus einer Magnetanordnung aus zwei sich abstoßenden, einen axialen Luftspalt bildenden Magneten.The solution this object is achieved according to the invention in the claim 1 specified characteristics. After this there is the support device the the outer ring of a rolling bearing the housing side supported, at least one rolling bearing a magnet arrangement consisting of two repelling, one axial air gap forming magnet.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung bewirkt eine berührungslose axiale Abstützung der Lager am Gehäuse, wodurch die Übertragung von Rotorschwingungen auf das Gehäuse verringert wird. An den Lageranlageflächen zum Gehäuse sind je zwei abstoßend wirkende Magnetringpaare installiert, die einen sehr geringen Luftspalt bilden. Der Luftspalt ist nur in der Größenordnung des Wellenspiels. Jeweils ein Ring stützt sich gegen das Gehäuse ab und der andere Ring gegen den Außenring des Wälzlagers. Die negative Steifigkeit der Magnetanordnung sorgt für die erforderliche Vorspannung der Kugellager. Durch die berührungslose axiale Abstützung der Lager wird die zusätzliche Übertragung radialer Schwingbewegungen durch Reibung vermieden. Ebenso werden Fluchtungsfehler der Lageraußenringe zueinander kompensiert.The bearing arrangement according to the invention causes a contactless axial support the bearing on the housing, causing the transmission of rotor vibrations on the housing is reduced. To the Bearing contact surfaces to the housing two are repulsive Acting magnetic ring pairs installed, which have a very small air gap form. The air gap is only in the order of the wave play. One ring supports each against the housing and the other ring against the outer ring of the rolling bearing. The negative rigidity of the magnet arrangement provides the necessary Ball bearing preload. Due to the non-contact axial support of the Camp will the additional transfer radial vibrations caused by friction avoided. Likewise Misalignment of the bearing outer rings compensated for each other.

Die Erfindung ist insbesondere bei schnelllaufenden Turbovakuumpumpen anwendbar, bei denen die Drehzahl über 15.000 U/min liegt. Besonders günstige Auswirkungen hat die Erfindung in einem Drehzahlbereich oberhalb von 27.000 U/min. Die Erfindung ist anwendbar bei Turbomolekularpumpen und anderen Turbovakuumpumpen, wie beispielsweise Turbostream-Pumpen.The Invention is particularly in high-speed turbo vacuum pumps applicable where the speed is above 15,000 rpm. Particularly beneficial effects the invention has a speed range above 27,000 rpm. The invention is applicable to turbomolecular pumps and others Turbovacuum pumps, such as Turbostream pumps.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Außenring des Wälzlagers in einer Gleithülse des Gehäuses axial bewegbar geführt. Die Gleithülse kann in einem elastischen O-Ring beweglich gehalten sein.According to one preferred embodiment of the Invention is the outer ring of the rolling bearing in a sliding sleeve of the housing guided axially movable. The sliding sleeve can be in an elastic o-ring be kept mobile.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.in the The following are exemplary embodiments with reference to the drawings the invention closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch eine Turbomolekularpumpe, und 1 a longitudinal section through a turbomolecular pump, and

2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit II aus 1. 2 an enlarged view of detail II 1 ,

Die dargestellte Turbomolekularpumpe weist einen Stator 10 mit zahlreichen nach innen abstehenden Statorscheiben 11 auf, der in dem Pumpenteil 12b eines Gehäuses 12 montiert ist. Das Gehäuse 12 enthält außerdem einen Motorteil 12a.The turbomolecular pump shown has a stator 10 with numerous stator disks protruding inwards 11 on that in the pump part 12b of a housing 12 is mounted. The housing 12 also contains an engine part 12a ,

Zwischen die Statorscheiben 11 ragen Rotorscheiben 13 eines Rotors 14. Die Abstände zwischen den Stator- und Rotorscheiben liegen in der Größenordnung von Millimetern. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit am Außenrand der Rotorscheiben in die Größenordnung der mittleren thermischen Geschwindigkeit der zu pumpenden Gasmoleküle kommt, wird die Pumpwirkung in dem angestrebten Umfang erreicht. Dies ist bei Rotordrehzahlen von etwa 36.000 U/min bis zu 72.000 U/min der Fall.Between the stator disks 11 protrude rotor disks 13 of a rotor 14 , The distances between the stator and rotor disks are of the order of millimeters. If the peripheral speed on the outer edge of the rotor disks is in the order of magnitude of the average thermal speed of the gas molecules to be pumped, the pumping effect is achieved to the desired extent. This is the case at rotor speeds of around 36,000 rpm up to 72,000 rpm.

Der Rotor 14 ist an einer Rotorwelle 15 montiert, die in dem Motorteil 12a des Gehäuses 12 mit zwei Lagervorrichtungen 16 und 17 gelagert ist. Zwischen den beiden Lagervorrichtungen 16, 17 ist auf der Rotorwelle 15 der Läufer 18 befestigt. Dieser weist mehrere verteilt angeordnete Permanentmagnete auf. In einer Ausnehmung des Motorteils 12a des Gehäuses befinden sich die Wicklungen 19 des Motors 20. Die Ausnehmung ist mit einer für Magnetfelder durchlässigen Hülse 24 abdichtend verschlossen.The rotor 14 is on a rotor shaft 15 mounted in the engine part 12a of the housing 12 with two storage devices 16 and 17 is stored. Between the two storage devices 16 . 17 is on the rotor shaft 15 the runner 18 attached. This has several permanent magnets arranged in a distributed manner. In a recess in the engine part 12a the windings are located in the housing 19 of the motor 20 , The recess has a sleeve that is permeable to magnetic fields 24 sealed sealed.

Die dem Rotor 14 zugewandte Lagervorrichtung 16 ist in einer Bohrung des Motorteils 12a angeordnet. Sie enthält ein Wälzlager 21, das hier als Kugellager ausgebildet ist, und eine axial wirkende Abstützvorrichtung.The rotor 14 facing storage device 16 is in a hole in the engine part 12a arranged. It contains a roller bearing 21 , which is designed here as a ball bearing, and an axially acting support device.

Die Lagervorrichtung 17 des rückwärtigen Endes der Rotorwelle ist in einem Gehäusedeckel 23 des Motorteils 12a untergebracht. Sie enthält ebenfalls ein Wälzlager 21a und eine magnetische Abstützvorrichtung 22a.The storage device 17 the rear end of the rotor shaft is in a housing cover 23 of the engine part 12a accommodated. It also contains a roller bearing 21a and a magnetic support device 22a ,

Während des Betriebes rotiert die Rotorwelle 15 mit einer Drehzahl von über 27.000 U/min, wodurch der Rotor 14 ebenfalls rotiert. Dadurch entsteht in dem Pumpenteil 12b des Gehäuses 12 ein Hochvakuum. Der Auslass der Pumpe ist dabei mit einer Vorvakuumpumpe verbunden, die das ausgestoßene Gas gegen Atmosphäre verdichtet. Aus diesem Grund ist der Pumpenteil gegenüber dem Motorteil durch mehrere Dichtungen 25, 26 und 27 abgedichtet, wobei das Innere der Hülse 24 dem Vakuumbereich zuzuordnen ist.The rotor shaft rotates during operation 15 with a speed of over 27,000 rpm, which makes the rotor 14 also rotates. This creates in the pump part 12b of the housing 12 a high vacuum. The outlet of the pump is connected to a backing pump, which compresses the expelled gas against the atmosphere. For this reason, the pump part is opposite the motor part through several seals 25 . 26 and 27 sealed, the inside of the sleeve 24 is assigned to the vacuum area.

Unter Bezugnahme auf 2 wird nachstehend die Lagervorrichtung 16 beschrieben. Die Lagervorrichtung 17 ist in entsprechender Weise ausgeführt.With reference to 2 is the storage device below 16 described. The storage device 17 is carried out in a corresponding manner.

Das Wälzlager 21 weist einen Innenring 30 auf, der auf einem Abschnitt der Rotorwelle 15 sitzt und gegen eine Ringschulter 31 der Rotorwelle drückt. Der Innenring 30 ist auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Hülse 32 abgestützt, die mit ihrem Ende gegen eine Wand 33 des Pumpenteils 12b drückt. Durch eine Spannvorrichtung 29 (1) ist der Innenring 30 axial unverrückbar auf der Rotorwelle 15 fixiert.The roller bearing 21 has an inner ring 30 on that on a section of the rotor shaft 15 sits and against a ring shoulder 31 the rotor shaft presses. The inner ring 30 is on the opposite side through a sleeve 32 supported with its end against a wall 33 of the pump part 12b suppressed. Through a jig 29 ( 1 ) is the inner ring 30 axially immovable on the rotor shaft 15 fixed.

Auf den Außenring 34 wirkt von der Rotorseite her (in den Zeichnungen: von oben) eine Stützkraft, die durch die Abstützvorrichtung 22 erzeugt wird. Diese Stützkraft ist bestrebt, den Außenring 34 nach unten zu drücken und ein Bewegen nach oben zu verhindern. Ein Auswandern des Außenringes nach unten wird durch die Konstruktion des Kugellagers verhindert.On the outer ring 34 acts from the rotor side (in the drawings: from above) a supporting force by the support device 22 is produced. This supportive force strives to the outer ring 34 to push down and prevent moving up. The design of the ball bearing prevents the outer ring from migrating downwards.

Die Abstützvorrichtung 22 besteht aus einer Magnetanordnung aus einem ersten Magneten 35, der an dem Motorteil 12a abgestützt ist und einem zweiten Magneten 36, der an dem Außenring 34 des Wälzlagers 21 abgestützt ist. Beide Magnete 35, 36 sind Ringmagnete, die die Hülse 32 umgeben und axial zur Rotorwelle magnetisiert sind. Es handelt sich um Dauermagnete, deren gleiche Pole (z.B. Nordpole) einander zugewandt sind, so dass die Magnete 35, 36 sich gegenseitig abstoßen. Das Lager mit der Magnetanordnung ist so positioniert, dass zwischen den Magneten 35,36 ein sehr geringer Luftspalt 37 in der Größenordnung eines Zehntel Millimeters besteht.The support device 22 consists of a magnet arrangement consisting of a first magnet 35 that on the engine part 12a is supported and a second magnet 36 that on the outer ring 34 of the rolling bearing 21 is supported. Both magnets 35 . 36 are ring magnets that hold the sleeve 32 surrounded and magnetized axially to the rotor shaft. These are permanent magnets, the same poles (eg north poles) facing each other, so that the magnets 35 . 36 repel each other. The bearing with the magnet arrangement is positioned so that between the magnets 35 . 36 a very small air gap 37 is on the order of a tenth of a millimeter.

Der Außenring 34 des Wälzlagers 21 ist in einer Gleithülse 38 enthalten, welche ihrerseits in einer entsprechenden Ausnehmung des Pumpenteils 12b des Gehäuses geführt ist. In einer Innenringnut 39 der Ausnehmung sitzt ein aus Elastomermaterial bestehender O-Ring 40, der in eine äußere Ringnut der Gleithülse 38 hineinragt. Der O-Ring 40 ermöglicht eine gewisse Anpassungsfähigkeit der Gleithülse 38 an Fluchtungsfehler und er wirkt andererseits schwingungsdämpfend.The outer ring 34 of the rolling bearing 21 is in a sliding sleeve 38 contain, which in turn in a corresponding recess of the pump part 12b the housing is guided. In an inner ring groove 39 an O-ring made of elastomer material sits in the recess 40 which in an outer annular groove of the sliding sleeve 38 protrudes. The o-ring 40 enables a certain adaptability of the sliding sleeve 38 misalignment and, on the other hand, it has a vibration-damping effect.

Die Lagervorrichtung 17 am rückwärtigen Ende der Rotorwelle 15 ist generell in gleicher Weise ausgebildet. Sie weist zwei ringförmige Magnete 35,36 auf, die axial polarisiert und mit gleichnamigen Polen einander zugewandt sind. Der äußere Magnet 35 ist in dem Deckel 23 des Motorteils 12a abgestützt und der andere Magnet 36 ist an dem Außenring des Wälzlagers 21a abgestützt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist auch hier eine Gleithülse 38 vorgesehen. Die Gleithülse ist jedoch in beiden Fällen nicht zwingend erforderlich.The storage device 17 at the rear end of the rotor shaft 15 is generally designed in the same way. It has two ring-shaped magnets 35 . 36 which are axially polarized and facing each other with poles of the same name. The outer magnet 35 is in the lid 23 of the engine part 12a supported and the other magnet 36 is on the outer ring of the rolling bearing 21a supported. How out 1 can be seen, is also a sliding sleeve 38 intended. However, the sliding sleeve is not absolutely necessary in both cases.

Claims (4)

Turbovakuumpumpe mit einem Gehäuse (12), das den Stator eines Motors (20) enthält, und mit einer Rotorwelle (15), die in Wälzlagern (21, 21a), welche einen Innenring (30) und einen Außenring (34) aufweisen, in dem Gehäuse (12) gelagert ist, wobei der Außenring (34) des Wälzlagers mit einer elastischen Abstützvorrichtung (22) an dem Gehäuse (12) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Wälzlager (21,21a) die Abstützvorrichtung (22) aus einer Magnetanordnung aus zwei sich abstoßenden, einen axialen Luftspalt (37) bildenden Magneten (35, 36) besteht.Turbovacuum pump with a housing ( 12 ), the stator of a motor ( 20 ) contains, and with a rotor shaft ( 15 ), which in rolling bearings ( 21 . 21a ), which has an inner ring ( 30 ) and an outer ring ( 34 ) have in the housing ( 12 ) is mounted, the outer ring ( 34 ) of the rolling bearing with an elastic support device ( 22 ) on the housing ( 12 ) is supported, characterized in that at least one of the rolling bearings ( 21 . 21a ) the support device ( 22 ) from a magnet arrangement consisting of two repelling, one axial air gap ( 37 ) forming magnets ( 35 . 36 ) consists. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (35, 36) Ringmagnete mit axialer Polarisierung sind.Turbovacuum pump according to claim 1, characterized in that the magnets ( 35 . 36 ) Are ring magnets with axial polarization. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (34) des Wälzlagers in einer Gleithülse (38) des Gehäuses (12) axial bewegbar geführt ist.Turbovacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the outer ring ( 34 ) of the rolling bearing in a sliding sleeve ( 38 ) of the housing ( 12 ) is guided axially movable. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (38) in einem elastischen O-Ring (40) beweglich gehalten ist.Turbovacuum pump according to claim 3, characterized in that the sliding sleeve ( 38 ) in an elastic O-ring ( 40 ) is kept mobile.
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