DE2337226A1 - Vakuumpumpe mit einem im innenraum ihres gehaeuses gelagerten laeufer - Google Patents
Vakuumpumpe mit einem im innenraum ihres gehaeuses gelagerten laeuferInfo
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- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
Description
wo/schö
MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG 2337226
Aktiengesellschaft
München, den 13. Juli 1973
Vakuumpumpe mit einem im Innenraum ihres Gehäuses gelagerten Läufer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe mit einem im Innenraum ihres Gehäuses gelagerten Läufer, besonders
Turbomolekularpumpe dieser Art, zur Erzeugung eines lagerschmiermittel-,
insbesondere -ölfreien Vakuums.
Ein solches Vakuum ist oft erwünscht, kann aber bisher wegen Schmiermitteldämpfe, die von der Läuferlagerung ausgehen, nicht
erzielt werden. So müssen z.B. bei genannten Turbomolekularpumpen, die in ihrem prinzipiellen Aufbau meist Axialverdichtern
der mehrstufigen Bauart entsprechen und meist in einem
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Druckbereich von etwa Io Torr bis etwa Io Torr eingesetzt
werden, die Lager, oft Präzisionswälz- bzw. -kugellager und
oft für Läuferdrehzahlen von mehr als Jo 000 Umdrehungen pro
Minute, über einen Schmiermittel-, insbesondere -ölkreislauf, geschmiert und gekühlt werden. Dadurch strömen insbesondere bei
stillstehendem Läufer Schmiermittel- bzw. -öTdämpfe vom Lager bzw. von einer Lagerseite der Pumpe - eine solche Seite entspricht
einer Vorvakuumsseite der Pumpe - zur Hochvakuum-
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seite der Pumpe und in den auszupumpenden Raum bzw. ein
entsprechendes Behältnis, wo sich diese Dämpfe an den Wänden niederschlagen. Dies macht, wenn ein schmiermittel- bzw.
kohlenwasserstoffarmes (meist besteht das Schmieröl im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen) Vakuum erzielt werden soll,
langwierige und daher auch kostspielige Ausheizvorgänge bei Wiederinbetriebnahme der Pumpe erforderlich. Kohlenwasserstoffmoleküle
im Vakuum verringern z.B. die elektrische Uberschlagsfestigkeit. Durch das Ausheizen, insbesondere mittels Heizvorrichtungen
um das genannte Behältnis und das Pumpengehäuse, d.h. das Verdampfen von genanntem Schmiermittel bzw. -öl an
den Wänden, und das Herauspumpen der betreffenden Dämpfe zusammen mit der Luft oder dem Gas mittels der Pumpe wird aber
eben nur ein schmiermittel- bzw. schmierölarmes Vakuum erzielt, dazu noch mit großem Aufwand.
Aufgabe gemäß der Erfindung ist die Schaffung einer Vakuumpumpe anfangs genannter Art, die also so beschaffen sein soll,
daß sie ein lagerschmiermittel-, insbesondere -ölfreies Vakuum erzeugen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß die Lagerung des Läufers mittels einer magnetischen Vorrichtung berührungsfrei
ist. Durch die Berührungsfreiheit entfällt jegliches Schmiermittel bzw. Schmieröl zum Lagerschmieren und/oder
-kühlen, so daß keine genannten Dämpfe entstehen und das zu erzeugende Vakuum frei von ihnen, also lagerschmiermittelfrei ist.
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Dadurch entfallen auch das genannte Ausheizen und die Vorrichtungen
dafür.
Darüber hinaus brauchen die Lagereigenschaften nicht abhängig
von den Eigenschaften des zu pumpenden Mittels gewählt zu werden. Durch die Berührungsfreiheit braucht kein Lagerlaufflächenwerkstoff
vorgesehen zu werden, der dann also auch nicht angegriffen werden kann im Fall einer Verbindung zwischen dem
beschaufelten oder dgl. Pumpendurchströmraum und dem Lagerspalt, so daß also die Erfindung eine solche Pumpe zum Pumpen
auch aggressiver, radioaktiver oder dgl. Mittel geeignet macht. Auch kann dann eine gegenseitige Berührung oder Vermischung des
zu pumpenden Mittels und eines Lagerschrniermittels nicht erfolgen;
somit wiederum sind Verunreinigungen eines dieser beiden Medien durch das andere, gegenseitige Verunreinigungen und gegenseitige
chemische Reaktionen und ist eine radioaktive Verseuchung oder eine durch radioaktive Strahlung bedingte Zersetzung
eines Lagerschmiermittels nicht möglich.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer
Turbomolekularpumpe gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt dargestellt. Es handelt sich um eine zweiflutige Axialpumpe.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein gegenüber Fig. 1 andersartiges AusführungGbeispiel der magnetischen Vorrichtung für eine berührungsfrei
ο Radiallagerung des Läufers der Pumpe in einem
Querschnitt durch den Wellenzapfen.
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Die Pumpe weist in einem sich horizontal erstreckenden Pumpengehäuse Io einen sich horizontal erstreckenden Läufer
auf. Dieser besteht, abgesehen von im folgenden genannten Teilen von elektromagnetischen Einrichtungen, aus einem
Läuferballen 1, Laufschaufelkranzen 6 - das Gehäuse Io trägt zugehörige Leitschaufelkränze 12 - und zwei Wellenzapfen 5
und l4. Der Läufer wird von einem Elektromotor mit einem Stator 2 und einem fest auf dem Läufer sitzenden Rotor 3 angetrieben.
Das Gehäuse Io weist in seinem axial mittleren Gebiet
einen Ansaugestutzen 11 auf, und das zu pumpende Gas strömt siehe die Pfeile 17 - von der im axial mittleren Gebiet der
Pumpe befindlichen Hochvakuumseite der Pumpe bzw. vom dort befindlichen Hochvakuumraum 21 in beiden axialen Richtungen
durch die Räume zwischen den Schaufeln der genannten Kränze und 12 hindurch zu den beiden Vorvakuumseiten der Pumpe bzw.
Austrittsräumen 22 und 221 der Pumpe. Das gepumpte Mittel verläßt
die Austrittsräume 22 und 22* durch Ausströmstutzen l8 hindurch in Richtung der Pfeile 19. Auf diesen Vorvakuumseiten
befinden sich im Gebiet jedes der beiden Axialenden des Gehäuses Io und des Läufers ein Radiallager des Läufers und ein
Axiallager des Läufers. Zwischen dem Austrittsschaufelkranz der einen Flut und dem auf dieser Seite befindlichen Radiallager
ist der genannte Elektromotor 2, 3 angeordnet. Das Gehäuse ist an seinen Axialenden durch je einen Deckel 2o verschlossen
und also bis auf die Zuströmung (Ansaugstutzen 11) und die Abströmung (Ausströmstutzen 18) abgeschlossen.
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Läuferwellendurchführungen durch das Gehäuse Io zu Außenlagern
und diesbezügliche Dichtprobleme gibt es hier nicht.
Der Läufer ist durch die vier genannten Lager ausschließlich magnetisch gelagert: Die Wellenzapfen 5 und 14 sind jeweils
von einem Satz aus mindestens drei, insbesondere vier, über den vollen j56"oo-Umfang gleichmäßig verteilt im und am Gehäuse Io
fest angeordneten Elektromagneten umgeben, von denen "Jeder
Elektromagnet aus einem u-förmigen Blechpaket 4, dessen U-Schenkel
in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen, und einer Wicklung 13
um dieses Blechpaket 4 besteht. Auf den Wellenzapfen 5 und l4
sitzen fest jeweils ein ringförmiges, koaxiales Blechpaket 7 für den magnetischen Schluß der Elektromagnete 4, 13. Die Elektromagnete
4, 13 und die Blechpakete 7 bilden magnetische Vorrichtungen,
mittels derer der Läufer berührungsfrei radialgelagert ist. An den Stirnseiten der Wellenzapfen 5 und. 14 befinden
sich fest jeweils ein Blechpaket 8 für den magnetischen Schluß je eines Elektromagneten, der als Topfmagnet ausgebildet
ist, als Stirnmagnet bezeichnet wird, aus einem Blechpaket 9 und einer Wicklung 16 besteht und im Gehäuse Io angeordnet und
an einem Deckel 2o des Gehäuses Io befestigt ist. Die Elektromagnete
9» 16 und diese Blechpakete 8 bilden magnetische Vorrichtungen,
mittels derer der Läufer berührungsfrei axialgelagert ist. Die Spaltbreiten der Radialspalte 23 und dor Axialspalte
24 sind den Erfordernissen entsprechend bei der Auslegung festgelegt. Sie liegen z.B. in der Größenordnung von etwa 1 mm.
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Auf jeder Axialseite der Pumpe stehen die Radialspalte 23 und der Axialspalt 24 und überhaupt die Pumpeninnenräume,
die den Wellenzapfen 14 bzw. 5 und die genannten Teile der genannten magnetischen Vorrichtungen umgeben, mit dem Austrittsraum
22 bzw. 221 in Verbindung, was sein.darf, weil die
Läuferlager nicht geschmiert zu werden brauchen.
Die Berührungsfreiheit der Lagerung wird dadurch erzielt, daß jede der genannten Wicklungen 13 bzw. 16 für sich stromdurchflossen
ist. Durch diese Stromflüsse, bei denen auch das Läufergewicht berücksichtigt ist und ein eventueller Strömungsaxialschub
auf den Läufer berücksichtigt ist bzw. werden kann, sind elektromagnetische Zugfelder vorhanden, die den jeweiligen Elektromagneten
und das zugehörige Blechpaket durchdringen. Die entsprechenden magnetischen Zugkräfte halten den Läufer in der
geforderten Lage; die Stromstärke jeder der Wicklungen und somit die Zugkraft jeder der genannten magnetischen Vorrichtungen ist
änderbar bzw. regelbar; der Läufer ist aktiv magnetisch gelagert. Bei dieser zweiflutlgen Axialpumpe ist ein Strömungsaxialschub
auf den Läufer gleich Null oder relativ klein, so daß die elektromagnetischen Vorrichtungen 9, 16, 8 nicht stark ausgelegt
zu werden brauchen, im Gegensatz zu einer solchen elektromagnetischen Vorrichtung bei einflutigen Vakuumpumpen.
Ein genaues Mittighalten und/oder ein Umwuchtausgleich oder dgl.
der Läuferachse bz\*. des Läufers wird insbesondere über eine
Einrichtung zur berührungslosen Spaltmessung - z.B. mittels
7 1^58Q ' 7 -
13 j j3 409886/0743 " '
induktiver oder kapazitiver Aufnehmer oder Feldplattensensoren
- gewährleistet. In Abhängigkeit von den Spaltmeßgrößen regelt dann ein elektronischer Regler die genannten
magnetischen Zugkräfte, und zwar im allgemeinen so, daß die Spaltbreiten konstant gehalten werden.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, können an die Stelle der
Elektromagnete 4, 15 ein geblechter Ringkörper, mit nach
innen ragenden Zähnen 41, und Wicklungen 15 treten. Jeweils
eine Wicklung 15 umgibt einen Zahn 4'1. Die magnetischen Flüsse
verlaufen, wie die Pfeile es angeben, jeweils durch zwei in Umfangsrichtung benachbarte Wicklungen 15 bzw. durch die Zähne
41 und die Joche des Ringkörpers und das Blechpaket 7* und zwar
in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd.
Es können die Blechpakete 8 und die Elektromagnete 9, 16 entfallen
und stattdessen die beiden Blechpakete 7 einander entgegengesetzt schräg zur Läuferachse verlaufende Außenumfänge
und die Blechpakete 4 bzw. 4' dazu parallele, zugehörige Innenenden
aufweisen.
Durch den Wegfall jeglichen Lagerschmier- und -kühlmittels, können bei stillstehendem Läufer keine Dämpfe eines solchen
Mittels von den Läuferlagern durch die genannten Schaufelzwischenräume hindurch in den Hochvakuumraum 21 bzw. in den
Ansaugstutzen 11 bzw. in einen an diesem angeschlossenen, nicht dargestellten, auszupumpenden Raum eindringen.
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Claims (7)
- wo/schö
- MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG * ^ ' ^ ^ "
- Aktiengesellschaft
- München, den IJ. Juli 1975
- Patentanspruch
- Vakuumpumpe mit einem im Innenraum ihres Gehäuses gelagerten Läufer, besonders Turbomolekularpumpe dieser Art, zur Erzeugung eines lagerschmiermittel-, insbesondere -ölfreien Vakuums, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Läufers mittels einer magnetischen Vorrichtung (4, 13, 7j 9, 16, 8) berührungsfrei ist.
- 7.1389409886/0743Lee rs eite
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