TURBORADIALGEBLÄSE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Turboradialgebläse mit einem drehbar gelagerten Laufrad und einem das Laufrad treibenden Motor, wie es z.B. in der WO 9908363A gezeigt wird.

[0002] Turboradialgebläse in der Vakuumtechnik sind sowohl in einstufiger wie auch in zweistufiger Ausführung üblicherweise so aufgebaut, dass Laufrad, Motor und Lagerung räumlich hintereinander angeordnet sind, wobei das Laufrad sich zwischen den Lagern befindet oder fliegend gelagert sein kann. Die Lagerschmierung erfolgt mittels Öl, das durch eine Ölfördereinrichtung zu den Lagern gefördert wird. Solche Turboradialgebläse haben eine große axiale Baulänge und eine große Zahl von Bauteilen. Sie erfordern komplizierte Auswuchtvorgänge. Ferner besteht die Gefahr der Kontamination des Laufradbereichs mit dem für die Lagerschmierung vorgesehenen Öl. Der Motor befindet sich im Vakuum, wodurch eine aufwendige Wicklungsisolation erforderlich ist, mit der Folge schlechter Wärmeübergänge und einer abgedichteten Leitungsdurchführung für die Stromleitungen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turboradialgebläse zu schaffen, das eine kompakte Bauform hat und aus wenigen Komponenten kostengünstig hergestellt werden kann.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Motor ein permanenterregter Scheibenläufermotor, der an dem Laufrad befestigte Permamentmagnete mit axialer Magnetfeldausrichtung und ortsfeste Statorspulen aufweist. Der Motor ist somit teilweise in das Laufrad integriert und in unmittelbarer Laufradnähe angeordnet. Hierdurch wird die Baulänge des Gebläses verringert. Ferner ist das Laufrad mit einer Lageranordnung, welche in einem Hohlraum des Laufrades untergebracht ist, auf einem in den Hohlraum ragenden feststehenden Lagerdorn gelagert. Die Lagerung des Laufrades erfolgt also ausschließlich im Innern des Laufrades, wobei eine mitdrehende Welle nicht erforderlich ist. Vielmehr kann die Laufradnabe unmittelbar auf der auf dem Lagerdorn sitzenden Lageranordnung gelagert sein. Mit einer derartigen Lagerung werden auch Vibrationen des Laufrades vermieden. Es ergeben sich geringe Rotorverluste und dadurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades. Der feststehende Lagerdorn erleichtert die Fertigung. Für den Motor kann eine einfache Wasserkühlung installiert werden.

[0005] Vorzugsweise wird die Lageranordnung mit Fett geschmiert, wobei mindestens eine Fettkammer in dem Hohlraum des Laufrades vorgesehen ist. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, Magnetlager einzusetzen, die ebenfalls wartungsfrei sind. Denkbar ist auch die Kombination Magnetlager und fettgeschmiertes Lager.

[0006] Vorzugsweise ist der Hohlraum des Laufrades zur Rückseite hin offen und am rückwärtigen Ende des Hohlraumes ist zwischen dem Laufrad und dem Lagerdorn ein Dichtspalt ausgebildet. Dieser Dichtspalt verhindert das Einsaugen von Schmierfett und Lagerbestandteilen aus dem Hohlraum in den Pumpenraum. Es ist auch möglich, an dieser Stelle eine Dichtung einzusetzen, jedoch könnte dann Abrieb von der Dichtung in den Pumpenraum gelangen.

[0007] Gemäß der Erfindung ist zwischen der den Hohlraum begrenzenden Wand und einem gut wärmeleitend auf dem Lagerdorn sitzenden Distanzring ein schmaler Wärmeübertragungsspalt von höchstens 0,5 mm Breite zur Ableitung von Wärme von dem Laufrad auf den Lagerdorn gebildet. Durch die Ausbildung eines schmalen Wärmeübertragungsspalts wird Wärme von dem Laufrad auf den gekühlten Lagerdorn abgeleitet.

[0008] Zwischen dem Laufrad und den Statorspulen kann eine druckdichte magnetisch durchlässige Trennwand angeordnet sein. Diese Trennwand kann aus einer Membran, aus einem Faserverbundwerkstoff oder einer Vergußmasse bestehen. Sie bewirkt eine Vakuumdichtung zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum, so dass der im Motorraum enthaltene Stator sich auf der Atmosphärenseite befindet und nicht in einem Vakuumraum. Dies ermöglicht eine einfachere und billigere Wicklungsisolation der Statorwicklungen. Ferner ist an dem Statorgehäuse keine druckdichte Stromdurchführung erforderlich. Vielmehr kann ein einfacher Klemmenkasten benutzt werden.

[0009] Bei dem erfindungsgemäßen Turboradialgebläse kann auch die Kühlung wesentlich dadurch.vereinfacht werden, dass eine Kühlvorrichtung in dem Statorgehäuse untergebracht wird. Diese Kühlvorrichtung kühlt sowohl den Stator als auch den Lagerdorn und bewirkt eine Wärmeabfuhr der vom Laufrad auf den Lagerdorn übertragenen Wärme.

[0010] Wenn die Drehposition des Laufrades ermittelt werden soll, kann ein entsprechender Geber auf induktiver, kapazitiver oder optischer Basis vorgesehen sein, der im Stator angeordnet ist.

[0011] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung des Motors als Scheibenläufermotor besteht darin, dass die Statorspulen den Rotor anziehen, so dass eine mechanische Aufbringung einer vorspannenden Axialkraft auf das Laufrad nicht erforderlich ist.

[0012] Das erfindungsgemäße Turboradialgebläse eignet sich insbesondere für schnelllaufende Gebläse, beispielsweise für den Einsatz in schnellgeströmten CO₂-Lasern.

[0013] Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

[0014] In der Zeichnung ist ein Turboradialgebläse im Längsschnitt dargestellt.

[0015] Das Turboradialgebläse weist ein Statorgehäuse 10 und ein Pumpengehäuse 11 auf. Das Pumpengehäuse 11 enthält einen Pumpenraum 12, in dem ein drehbares Laufrad 13 angeordnet ist, welches eine Nabe 14 und davon abstehende Flügel 15 aufweist. Die Flügel 15 haben Außenkanten, die der Kontur der Wand des Pumpengehäuses 11 mit geringem Spalt folgen. Die Pumpe saugt das zu pumpende Fluid axial an und fördert es radial zu den Auslässen 16.

[0016] Die Nabe 14 des Laufrades 13 enthält ein Trägerteil 17, welches aus einem Rohrabschnitt 18 und einem Flanschabschnitt 19 besteht. Der Flanschabschnitt 19 bildet die rückwärtige Endwand des Laufrades 13. Er enthält Ausnehmungen, in denen Permanentmagnete 20 angeordnet sind. Diese Permanentmagnete haben eine axiale Magnetfeldausrichtung. Dies bedeutet, dass der Nordpol N und der Südpol S auf einer parallel zur Laufradachse verlaufenden Linie liegen. Das Trägerteil 17 und die Nabe 14 bestehen aus amagnetischen Material.

[0017] Angrenzend an die Permanentmagnete 20 ist eine Trennwand 21 vorgesehen, die den Innenraum 22 des Statorgehäuses 10 von dem Pumpenraum 12 trennt. Die Trennwand 21 besteht aus einer magnetisch durchlässigen Membran, vorzugsweise aus Fasserverbundwerkstoff, oder einer Vergußmasse. Sie bewirkt eine Vakuumabdichtung zwischen dem Statorraum 22 und dem Pumpenraum 12.

[0018] Das Laufrad 13 weist einen inneren Hohlraum 23 auf, der am.vorderen Ende mit einer Kappe 24 abdichtend verschlossen ist. In diesen Hohlraum 23 ragt ein Lagerdorn 25 hinein, auf dem das Laufrad 13 mit einer Lageranordnung 26 gelagert ist. Zu der Lageranordnung gehören zwei Wälzlager, nämlich ein vorderes Kugellager 27 und ein rückwärtiges Kugellager 28. Diese Kugellager sitzen auf dem Lagerdorn 25 und sie lagern den Rohrabschnitt 18 des Trägerteils 17. An jedes Kugellager grenzt mindestens eine Fettkammer 29 an, die ein pastöses Fett zur Lagerschmierung enthält. Mindestens eines dieser Lager kann auch als Magnetlager ausgeführt sein. Prinzipiell ist auch eine komplette Lagerausführung in Magnetlager möglich.

[0019] Auf dem äußeren Ende des Lagerdorns 25 ist eine Kappe 30 befestigt, welche ein Tellerfederpaket 31 abstützt, das seinerseits gegen das vordere Kugellager 27 drückt und damit die Lageranordnung axial zusammengepresst hält.

[0020] Zwischen den Kugellagern 27 und 28 befindet sich auf dem Lagerdorn 25 ein Distanzring 32 aus gut wärmeleitendem Material, der in engem Kontakt mit dem Lagerdorn 25 steht. Zwischen der den Hohlraum 23 begrenzenden Wand des rohrförmigen Teils 18 und dem Distanzring 32 befindet sich ein Wärmeübertragungsspalt 33 mit einer Breite von höchstens 0,5 mm, vorzugsweise von ca. 0,4 mm, zur Ableitung der Wärme von dem Laufrad 13 über den Distanzring 32 zum Lagerdorn 25.

[0021] Zwischen dem rückwärtigen Ende des Rohrabschnitts 18 des Trägerteils 17 und dem Lagerdorn 25 ist ein Dichtspalt 34 gebildet. Dieser Dichtspalt ermöglicht eine Gasabsaugung aus dem Pumpenraum 12 in den Hohlraum 23. Von dem Hohlraum erfolgt eine Ableitung durch eine (nicht dargestellte) Bohrung im Lagerdorn 25. Der Dichtspalt 34 stellt die einzige Öffnung des Hohlraumes 23 dar.

[0022] In dem Statorraum 22 befindet sich der Stator 35 mit den Statorspulen 36, die in ein Eisenpaket 37 eingelassen sind. Der Stator 35 bildet zusammen mit dem die Permanentmagnete 20 enthaltenden Trägerteil 17 den Scheibenläufermotor 44. Die Statorspulen 36 liegen auf demselben Kreis, auf dem sich die Permanentmagnete 20 bei Rotation des Laufrades 13 bewegen. Ein elektronischer Kommutator erzeugt in den Statorwicklungen 36 zyklisch umlaufend Strom, so dass die Statorwicklungen ein umlaufendes Magnetfeld erzeugen. Das Laufrad 13 folgt mit seinen Permanentmagneten 20 diesem Magnetfeld. Es handelt sich bei dem Scheibenläufermotor quasi um eine Magnetkupplung für den berührungslosen Laufradantrieb. Der Luftspalt zwischen den Statorspulen 36 und den Permanentmagneten 20 ist von der Trennwand 21 durchsetzt. Diese Trennwand ist abdichtend an einem Sockel 38 befestigt, der auf einer Bodenwand 39 des Statorgehäuses 10 fest montiert ist und einen Bestandteil des Lagerdorns 25 bildet. Da die Trennwand 21 den Statorraum 22 von dem Vakuumteil trennt, herrscht im Statorraum 22 Atmosphärendruck. In der Wand des Statorgehäuses 10 befindet sich eine Kabelöffnung 40 für die Durchführung von Stromkabeln. Ferner ist eine Rohrdurchführungsöffnung 41 vorgesehen, durch welche Rohrleitungen 42 hindurchführen, die Bestandteil einer von Kühlwasser durchströmten Kühlschlange ist, welche die Kühlvorrichtung 43 bildet. Die Kühlvorrichtung 43 kühlt sowohl den Stator 35 als auch den Lagerdorn 25 und führt die Wärme aus dem gesamten Gebläsegehäuse ab.

[0023] Das Turboradialgebläse besteht aus wenig Einzelteilen und ist kostengünstig herstellbar. Es ist weitgehend wartungsfrei.

Ansprüche

1. Turboradialgebläse mit einem drehbar gelagerten Laufrad (13) und einem das Laufrad treibenden Motor in Form eines permanenterregten Scheibenläufermotors (44), der an dem Laufrad (13) befestigte Permanentmagnete (20) mit axialer Magnetfeldausrichtung und ortsfeste Statorspulen (36) aufweist, wobei das Laufrad (13) mit einer Lageranordnung (26), welche in einem Hohlraum (23) des Laufrades untergebracht ist, auf einem in den Hohlraum (23) ragenden feststehenden Lagerdorn (25) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet ,
dass zwischen der den Hohlraum (23) begrenzenden Wand und einem gut wärmeleitend auf dem Lagerdorn (25) sitzenden Distanzring (32) ein schmaler Wärmeübertragungsspalt (33) von höchstens 0,5 mm Breite zur Ableitung von Wärme von dem Laufrad (13) auf den gekühlten Lagerdorn (25) gebildet ist.

2. Turboradialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (26) eine Fettschmierung mit mindestens einer Fettkammer (29) aufweist.

3. Turboradialgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (23) des Laufrades (13) nur zur Rückseite hin offen ist und dass am rückwärtigen Ende des Hohlraums (23) zwischen dem Laufrad (13) und dem Lagerdorn (25) ein Dichtspalt (34) ausgebildet ist.

4. Turboradialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Laufrad (13) und den Stätorspulen (36) eine druckdichte magnetisch durchlässige Trennwand (21) angeordnet ist.

5. Turboradialgebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (36) in einem unter Atmosphärendruck stehenden Statorgehäuse (10) enthalten sind, welches eine Kühlvorrichtung (43) enthält.

6. Turboradialgebläse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (38) des Lagerdorns (25) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Stator (35) steht und aus diesem herausragt und dort der Einwirkung der Kühlvorrichtung (43) ausgesetzt ist.

7. Turboradialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager in fettgeschmierter Ausführung und ein Lager, vorzugsweise das Untere, als passives Magnetlager ausgeführt ist.

8. Turboradialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung mit aktiven Magnetlagern ausgeführt ist.

Claims

1. A radial turbo-blower comprising a rotatably supported rotor (13) and a motor driving the rotor, the motor being a permanently excited disk armature motor (44) comprising permanent magnets (20) with an axial magnetic field orientation mounted to the rotor (13) and stationary stator coils (36), and that the rotor (13) is supported, by means of a bearing arrangement (26) housed in a cavity (23) of the rotor, on a stationary bearing pin (25) projecting into the cavity (23),
characterized in that
a narrow heat transmission gap (33) having a width of not more than 0.5 mm for carrying away heat from the rotor (13) to the bearing pin (25) is formed between the wall defining the cavity (23) and a spacer ring (32) seated on the bearing pin (25) in a well heat-conducting manner.

2. The radial turbo-blower according to claim 1, characterized in that the bearing arrangement (26) comprises a grease lubrication with at least one grease chamber (29).

3. The radial turbo-blower according to claim 1 or 2, characterized in that the cavity (23) of the rotor (13) is open only to the rear and that a sealing gap (34) is formed between the rotor (13) and the bearing pin (25) at the rear end of the cavity (23).

4. The radial turbo-blower according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pressure-tight magnetically permeable partition wall (21) is arranged between the rotor (13) and the stator coils (36).

5. The radial turbo-blower according to claim 4, characterized in that the stator coils (36) are contained in a stator housing (10) under atmospheric pressure which contains a cooling device (43).

6. The radial turbo-blower according to claim 5, characterized in that a portion (38) of the bearing pin (25) is in heat-conducting contact with the stator (35) and protrudes therefrom and is exposed to the effect of the cooling device (43) there.

7. The radial turbo-blower according to claim 1, characterized in that one bearing is realized as a grease-lubricated bearing and one bearing, preferably the lower one, is realized as a passive magnetic bearing.

8. The radial turbo-blower according to claim 1, characterized in that the bearing arrangement is realized with active magnetic bearings.

Revendications

1. Turbosoufflante radiale comprenant une roue mobile rotative (13) et un moteur entraînant la roue mobile sous la forme d'un moteur à disque (44) à excitation permanente, qui présente des aimants permanents (20) à orientation de champ magnétique axiale fixés à la roue mobile (13) ainsi que des bobines de stator fixes (36), la roue mobile (13) étant logée par un ensemble de paliers (26) installé dans un espace creux (23) de la roue mobile, sur un mandrin de palier fixe (25) saillant dans l'espace creux (23), caractérisée en ce qu'entre la paroi délimitant l'espace creux (23) et une bague de distance (32) de bonne conduction thermique placée sur le mandrin de palier (25), un interstice de transmission thermique (33) mince d'une largeur de 0,5 mm au maximum est formé pour évacuer la chaleur de la roue mobile (13) sur le mandrin de palier refroidi (25).

2. Turbosoufflante radiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de paliers (26) présente une lubrification avec au moins une boîte à graisse (29).

3. Turbosoufflante radiale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'espace creux (23) de la roue mobile (13) n'est ouvert que sur l'arrière, et en ce qu'à l'extrémité arrière de l'espace creux (23), entre la roue mobile (13) et le mandrin de palier (25), un interstice d'étanchéité (34) est formé.

4. Turbosoufflante radiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une paroi de séparation (21) magnétiquement perméable étanche à la pression est disposée entre la roue mobile (13) et les bobines de stator (36).

5. Turbosoufflante radiale selon la revendication 4, caractérisée en ce que les bobines de stator (36) sont contenues dans un carter de stator (10) maintenu sous pression atmosphérique, qui contient un dispositif de refroidissement (43).

6. Turbosoufflante radiale selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une partie (38) du mandrin de palier (25) est en contact thermiquement conducteur avec le stator (35) et saille de celui-ci, et est ici exposée à l'effet du dispositif de refroidissement (43).

7. Turbosoufflante radiale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un palier présente la forme d'un palier de graissage, et un palier, de préférence celui du bas, la forme d'un palier magnétique passif.

8. Turbosoufflante radiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de paliers est réalisé avec des paliers magnétiques actifs.

Zeichnung