WO2004099623A1

WO2004099623A1 - Vacuum pump

Info

Publication number: WO2004099623A1
Application number: PCT/EP2004/004760
Authority: WO
Inventors: Markus Henry; Paul Kaiser; Dirk Kalisch
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2005-11-09
Also published as: DE10320849A1; TW200508500A

Abstract

The vacuum pump comprises two anti-friction bearings (21, 22), which are housed inside a motor casing (17) and which support a shaft (18). The axial pretensioning for the bearing arrangement is provided by a bearing cover (29) that is subjected to atmospheric pressure on the exterior thereof. A vacuum is generated inside a chamber (23) of the bearing arrangement thereby causing the bearing cover (29) to be pneumatically pressed forward. Axial oscillations are not transferred from the bearing arrangement to the motor casing. This reduces the production of noise.

Description

Vakuumpumpe vacuum pump

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einer in Wälzlagern gelagerten Welle und mit einem Lagerdeckel, der eine die Wälzlager enthaltende Kammer begrenzt und eine axial zu der Welle gerichtete Spannkraft auf einen Außenring eines der Wälzlager ausübt.The invention relates to a vacuum pump with a shaft mounted in roller bearings and with a bearing cover which delimits a chamber containing the roller bearings and exerts a clamping force directed axially to the shaft on an outer ring of one of the roller bearings.

Viele Typen von Vakuumpumpen haben eine rotierend angetriebene Welle, die in Wälzlagern gelagert ist. Die Lageranordnung wird durch eine Spannvorrichtung in axialer Richtung zu der Welle gespannt, so dass sie gegen einen definierten Anschlag des Gehäuses gedrückt wird. Dieses Vorspannen erfolgt normalerweise durch eine elastische Feder, welche sich an dem Gehäuse abstützt und axial gegen mindestens eines der Lager drückt. Durch die Abstützung werden Schwingungen und Geräusche von dem Lager auf das Gehäuse übertragen. Außerdem entsteht an dem Gehäuse und an der Feder Abrieb. Beides bedeutet eine Einbuße an Lebensdauer und Laufruhe .Many types of vacuum pumps have a rotating driven shaft that is supported in roller bearings. The bearing arrangement is clamped in the axial direction to the shaft by a clamping device, so that it is pressed against a defined stop of the housing. This biasing is usually done by an elastic spring, which is supported on the housing and presses axially against at least one of the bearings. The support transmits vibrations and noise from the bearing to the housing. In addition, abrasion occurs on the housing and the spring. Both mean a loss in service life and smoothness.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vakuumpumpe die Lagervorrichtung derart abzustützen, dass ein Wandkontakt vermieden wird, .mit der Folge einer Verringerung der Geräuschübertragung und des Abriebs .The object of the invention is to support the bearing device in a vacuum pump in such a way that wall contact is avoided, with the result that noise transmission and abrasion are reduced.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach steht der Lagerdeckel unter der Wirkung eines in der Kammer herrschenden Vakuums, wobei die Spannkraft durch den von außen einwirkenden Atmosphärendruck erzeugt wird.This object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1. According to this, the bearing cover is under the effect of a vacuum prevailing in the chamber, the clamping force being generated by the atmospheric pressure acting from the outside.

Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe bildet der Lagerdeckel ein pneumatisch bewegtes und/oder vorgespanntes Bauteil, das den Außenring des Lagers in Richtung auf das gegenüberliegende Lager drückt. Dadurch, dass die Druckkraft durch den Atmosphärendruck pneumatisch aufgebracht wird, ist keine federnde Abstützung des Lagerdeckels erforderlich. Dadurch wird die Schallübertragung vom Lagerdeckel auf das Pumpengehäuse verringert .In the vacuum pump according to the invention, the bearing cover forms a pneumatically moved and / or preloaded component which presses the outer ring of the bearing in the direction of the opposite bearing. Because the pressure force is applied pneumatically by atmospheric pressure, no resilient support of the bearing cover is required. This reduces the sound transmission from the bearing cover to the pump housing.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Hochvakuumpumpen, und zwar besonders für Turbomolekularpumpen, die einen mit hoher Drehzahl rotierenden Rotor aufweisen. Unter einer hohen Drehzahl ist hierbei eine Drehzahl von mindestens 30.000 U/min zu verstehen. Eine Turbomolekularpumpe wird als Hochvakuumpumpe mit einer VorVakuumpumpe verbunden, die ein Vorvakuum in der Größenordnung von 0,01 bis 20 mbar erzeugt. Dieses Vorvakuum, das an einen Vorvakuumanschluss der Turbomolekularpumpe gelegt wird und mit einem Vorvakuumraum im Innern der Pumpe verbunden wird, kann über das rotorseitige Wälzlager in die Kammer zwischen den beiden Lagern eingebracht werden. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Lagerabstützung bei bestehenden Hochvakuumpumpen ohne wesentliche Kpnstruktionsänderungen realisierbar. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass das in der Pumpe ohnehin vorhandene Vorvakuum in die Lageranordnung gelangt .The invention is particularly suitable for high vacuum pumps, in particular for turbomolecular pumps which have a rotor rotating at high speed. A high speed is a speed of at least 30,000 rpm to understand. A turbomolecular pump is connected as a high-vacuum pump to a forevacuum pump, which generates a forevacuum of the order of 0.01 to 20 mbar. This backing vacuum, which is connected to a backing vacuum connection of the turbomolecular pump and is connected to a backing vacuum chamber inside the pump, can be introduced into the chamber between the two bearings via the rotor-side roller bearing. In this way, the bearing support according to the invention can be implemented in existing high-vacuum pumps without significant changes in construction. It is only necessary to ensure that the forevacuum already present in the pump reaches the bearing arrangement.

Die Erfindung eignet sich für jegliche Art von Vakuumpumpen mit rotierenden Wellen, insbesondere jedoch für schnelllaufende Vakuumpumpen.The invention is suitable for any type of vacuum pump with rotating shafts, but in particular for high-speed vacuum pumps.

Die Erfindung ist in mehreren Varianten ausführbar. Bei einer ersten Variante ist der Lagerdeckel ein Kolben, der in einer Zylinderbohrung geführt ist. Dieser Kolben, der abdichtend an die Zylinderbohrung angrenzt, wird durch den Atmosphärendruck verschoben. Bei einer anderen Variante ist der Lagerdeckel Bestandteil eines Membrankörpers, dessen Rand abdichtend befestigt ist. Der Membrankörper weist einen Ringbalg auf, der sich entsprechend dem Bewegungsmaß des Lagerdeckels verformt..The invention can be carried out in several variants. In a first variant, the bearing cover is a piston which is guided in a cylinder bore. This piston, which is sealingly adjacent to the cylinder bore, is displaced by the atmospheric pressure. In another variant, the bearing cover is part of a membrane body, the edge of which is fastened in a sealing manner. The diaphragm body has an annular bellows that deforms according to the degree of movement of the bearing cover.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hochvakuumpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,Show it: 1 shows a longitudinal section through a high vacuum pump according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2 einen vereinfachten Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, und2 shows a simplified cross section of a bearing arrangement according to the first embodiment of the invention, and

Fig. 3 einen vereinfachten Längsschnitt einer zweiten Aus- führungsform der Erfindung.3 shows a simplified longitudinal section of a second embodiment of the invention.

Die in Figur 1 dargestellte Vakuumpumpe 10 ist eine Turbomolekularpumpe mit einem Pumpengehäuse 11, das eine axiale Eintrittsöffnung 12 aufweist. Das Pumpengehäuse 11 enthält einen axial ausgerichteten Rotor 13 mit zahlreichen Rotorscheiben 14, die abwechselnd mit Statorscheiben 15 angeordnet sind. Der Rotor 13 wird von einem Motor 16 angetrieben. Der Motor 16 enthält ein Motorgehäuse 17 und eine darin drehbar gelagerte Welle 18. Auf der Welle 18 sitzt eine Magnetanordnung 19, welche mit Elektromagneten 20, die im Motorgehäuse 17 angeordnet sind, zusammenwirken, um die Welle 18 zu drehen.The vacuum pump 10 shown in FIG. 1 is a turbomolecular pump with a pump housing 11 which has an axial inlet opening 12. The pump housing 11 contains an axially aligned rotor 13 with numerous rotor disks 14 which are arranged alternately with stator disks 15. The rotor 13 is driven by a motor 16. The motor 16 contains a motor housing 17 and a shaft 18 which is rotatably mounted therein. A magnet arrangement 19 sits on the shaft 18 and cooperates with electromagnets 20 which are arranged in the motor housing 17 in order to rotate the shaft 18.

Die Lagerung der Welle 18 erfolgt mit einem dem Rotor 13 abgewandten ersten Lager 21 und einem rotorseitigen zweiten Lager 22. Beide Lager sind Wälzlager (z.B. Kugellager). Sie weisen jeweils einen Außenring und einen Innenring auf. Zwischen den Lagern 21 und 22 ist eine Kammer 23 gebildet, die von einer Hülse 24 begrenzt wird, welche an ihren Enden über Dichtungen 25,26 mit dem Motorgehäuse 17 abdichtend verbunden ist. Das Lager 21 sitzt in einer Bohrung 27 des Motorgehäuses und ist von einem O-Ring 28 gegenüber der Bohrungswand abgedichtet. In der Bohrung 27 sitzt ferner ein Lagerdeckel 29, der axial verschiebbar ist und von außen gegen das Lager 21 drückt. Das vordere Lager 22 stützt sich an einer Ringschulter 30 des Motorgehäuses 17 ab. An dem vorderen Abschnitt 18a der Welle 18 ist der Rotor 13 mit einer Spannvorrichtung 33 befestigt.The shaft 18 is supported by a first bearing 21 facing away from the rotor 13 and a second bearing 22 on the rotor side. Both bearings are roller bearings (eg ball bearings). They each have an outer ring and an inner ring. Between the bearings 21 and 22, a chamber 23 is formed, which is delimited by a sleeve 24, which at its ends is connected to the motor housing 17 in a sealing manner via seals 25, 26. The bearing 21 is seated in a bore 27 of the motor housing and is sealed off from the bore wall by an O-ring 28. In the bore 27 there is also a bearing cover 29 which is axially displaceable and presses against the bearing 21 from the outside. The front bearing 22 is supported on an annular shoulder 30 of the motor housing 17. The rotor 13 is fastened to the front section 18a of the shaft 18 with a tensioning device 33.

Zur Erzeugung eines Vakuums in der Kammer 2-8 besteht eine pneumatische Verbindung zwischen einem Vorvakuumraum 34, der zwischen dem Motorgehäuse 17 und dem Rotor 13 ausgebildet ist, und der Kammer 23. Der Vorvakuumraum 34 ist mit einem Vorvakuumanschluss...35 verbunden, an den die Vorvakuumpumpe angeschlossen wird. Der Vorvakuumraum 34 steht ferner mit dem Pumpenraum des Hochvakuumteils in Verbindung.To create a vacuum in the chamber 2-8, there is a pneumatic connection between a fore-vacuum space 34, which is formed between the motor housing 17 and the rotor 13, and the chamber 23. The fore-vacuum space 34 is connected to a fore-vacuum connection ... 35 which the backing pump is connected to. The forevacuum space 34 is also connected to the pump space of the high vacuum part.

Das Vorvakuum in dem Vorvakuumraum 34 wirkt durch die Lager 22 und 21 hindurch auf den Lagerdeckel 29. Dieser ist als Kolben ausgebildet. Auf seine Außenseite wirkt durch eine Öffnung 36 hindurch der Atmosphärendruck. Der Lagerdeckel 29 wird somit durch den Atmosphärendruck vorgeschoben und er drückt gegen den Außenring des Lagers 21, das dadurch in Richtung auf den Rotor 13 vorgespannt wird und die Welle mit dem Lager 22 gegen die Ringschulter 30 drückt. Somit stützt sich der Lagerdeckel 29 nicht axial an einem Teil des Motorgehäuses ab. Es werden also keine Axialkräfte von dem Lagerdeckel auf das Motorgehäuse übertragen.The forevacuum in the forevacuum space 34 acts on the bearing cover 29 through the bearings 22 and 21. This is designed as a piston. The atmospheric pressure acts on its outside through an opening 36. The bearing cap 29 is thus advanced by the atmospheric pressure and it presses against the outer ring of the bearing 21, which is thereby biased towards the rotor 13 and presses the shaft with the bearing 22 against the annular shoulder 30. Thus, the bearing cap 29 is not axially supported on a part of the motor housing. So no axial forces are transmitted from the bearing cap to the motor housing.

Figur 2 zeigt schematisch die Lagerung der Welle 18 in dem Motorgehäuse 17 mit Hilfe der beiden Lager 21,22. Das vordere Lager 22 wird von dem rückwärtigen Lagerdeckel 29 gegen die Ringschulter 30 gedrückt. Der Lagerdeckel 29 ist in der Bohrung 27 verschiebbar und mit dem O-Ring 28 ist der Ringspalt abgedichtet. Der Atmosphärendruck 40 treibt den Lagerdeckel 29 nach vorn gegen den Außenring des Lagers 21.FIG. 2 shows schematically the mounting of the shaft 18 in the motor housing 17 with the help of the two bearings 21, 22. The front bearing 22 is pressed against the ring shoulder 30 by the rear bearing cover 29. The bearing cap 29 is displaceable in the bore 27 and the O-ring 28 is the Sealed annular gap. The atmospheric pressure 40 drives the bearing cover 29 forward against the outer ring of the bearing 21.

Bei der in Figur 3 dargestellten Lösung ist der Lagerdeckel 29, der gegen den Außenring des rückwärtigen Lagers 21 drückt, Bestandteil eines flexiblen Membrankörpers 41, der die Öffnung am rückwärtigen Ende des Motorgehäuses 17 abdichtend abschließt. Der Membrankδrper 41 verformt sich unter der Wirkung des äußeren Luftdrucks, um das Lager 21 nach vorne zu drücken. In the solution shown in FIG. 3, the bearing cover 29, which presses against the outer ring of the rear bearing 21, is part of a flexible membrane body 41, which seals the opening at the rear end of the motor housing 17. The membrane body 41 deforms under the action of the external air pressure to push the bearing 21 forward.

Claims

PATENT / CLAIMS

1. Vacuum pump with a shaft (18) mounted in roller bearings (21, 22) and with a bearing cover (29) which delimits a chamber (23) containing the roller bearings (21, 22) and an axially directed to the shaft (18) Exerts clamping force on an outer ring of one of the rolling bearings (21),

characterized ,

that the bearing cover (29) is under the action of a vacuum prevailing in the chamber (23), the clamping force being generated by the atmospheric pressure acting from the outside.

2. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that in a pump which has a rotor (13), a stator and a motor rotating the rotor (16), the roller bearings (21, 22) to both ends of the motor (16) are arranged and that a backing vacuum connection (35) is connected to a vacuum chamber (34) which is in suction connection with the rotor-side roller bearing (22) and via this in suction connection with the chamber (23).

3. Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing cover (29) is a piston which is guided in a cylinder bore (27) .. Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing cover (29) is part of a membrane body (41), the edge of which is fastened in a sealing manner.