[0001] Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe.
[0002] Gemäß dem Stand der Technik (
DE 20 2005 019 644 U1) ist es bekannt, eine Vakuumpumpe, beispielsweise eine Turbomolekularpumpe mit einem
Rotor, der pumpaktive rotierende Bauteile aufweist, und der auf einer Rotorwelle angeordnet
ist, zu versehen. Diese rotierenden pumpaktiven Bauteile stehen stehenden pumpaktiven
Bauteilen, dem so genannten Stator gegenüber.
[0003] Aus dem genannten Stand der Technik ist es bekannt, den glockenförmigen Rotor mittels
einer Schraube mit der Stirnseite der Rotorwelle zu verbinden. Die Welle weist hierzu
eine Ausnehmung auf, mit der ein Zapfen des Rotors in Eingriff steht.
[0004] Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass
der Rotor sich gegenüber der Welle verdrehen kann, da die hier gezeigte Lösung ausschließlich
auf einem Reibschluss basiert. Aus diesem Grunde kann eine Verdrehung bei Überlastung
eintreten. Dies führt zu einem Lösen der Verbindung, so dass die geforderte Sicherheit
der Verschraubung nicht gegeben ist.
[0005] Ein Lösen des Rotors im Betrieb führt zu einem Totalschaden der Pumpe.
[0006] Ein Verdrehen des Rotors wird gemäß dem Stand der Technik (
WO 2012/077411 A1) vermieden. Gemäß diesem Stand der Technik ist es bekannt, eine formschlüssige Verbindung
vorzusehen, bei der der Rotor mit mehreren Schrauben an der Stirnseite der Rotorwelle
zu befestigen ist. Hierdurch wird ein Verdrehen des Rotors und damit ein Lösen des
Rotors von der Welle vermieden. Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform
weist jedoch den Nachteil auf, dass die Montage relativ aufwändig ist und dass, da
mehrere hochwertige Bauteile in Form von Schrauben benötigt werden, die Pumpe verteuert
wird.
[0007] Aus dem Stand der Technik (
JP 2000 205183 A) ist eine Vakuumpumpe mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung und wenigstens einer
Gasaustrittsöffnung bekannt mit einem Rotor und einer Rotorwelle, bei der der wenigstens
eine Rotor und die Rotorwelle zusätzlich zu wenigstens einem Befestigungselement eine
Verdrehsicherung aufweist.
[0008] Diese Verdrehsicherung ist in Form eines Stiftes oder einer Schraube ausgeführt und
greift in eine Bohrung der Rotorwelle. Diese Ausführungsform ist nachteilig, da durch
den dezentral angeordneten Stift eine Unwucht entstehen kann.
[0009] Weiterhin gehört zum Stand der Technik (
US 2009/0311113 A1) eine Vakuumpumpe mit einer Rotorwelle, an der wenigstens ein Rotor angeordnet ist,
bei der eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, indem Vorsprünge in passgenaue Ausnehmungen
eingeführt werden. Bei der Ausbildung dieser Vorsprünge und Ausnehmungen muss sehr
genau gearbeitet werden, um ein unerwünschtes Spiel zwischen den Vorsprüngen und den
Ausnehmungen zu vermeiden.
[0010] Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vakuumpumpe
anzugeben, bei der die genannten Nachteile nicht auftreten.
[0011] Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
[0012] Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung und wenigstens
einer Gasaustrittsöffnung, wobei die Vakuumpumpe wenigstens eine Rotorwelle aufweist,
an der wenigstens ein Rotor mit rotierenden pumpaktiven Bauteilen, welche stehenden
pumpaktiven Bauteilen gegenüberstehen, mit wenigstens einem in axialer Richtung zentral
in oder an der Rotorwelle angeordneten Befestigungselement befestigt ist, bei der
der wenigstens eine Rotor und die Rotorwelle zusätzlich zu dem wenigstens einen Befestigungselement
eine Verdrehsicherung aufweisen, zeichnet sich dadurch aus, dass in einer Berührungsfläche
zwischen Rotor und Rotorwelle in dem Rotor oder in der Rotorwelle wenigstens ein Vorsprung
angeordnet ist, der als ein eine plastische Verformung in dem gegenüberliegenden Bauteil
hervorrufender Vorsprung ausgebildet ist.
[0013] Die Verdrehsicherung kann in einfachster Art und Weise konstruiert und ausgebildet
sein, so dass eine preiswerte Lösung zur Vermeidung der Drehung des Rotors relativ
zu der Rotorwelle und damit ein Lösen des wenigstens einen zentral in oder an der
Rotorwelle angeordneten Befestigungselementes vermieden wird.
[0014] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verdrehsicherung
an einem Zentrierzapfen des Rotors angeordnet. Der Zentrierzapfen ist ohnehin für
das zentral angeordnete Befestigungselement bei der Montage gut zugänglich, so dass
die Anordnung der Verdrehsicherung in dem Zentrierzapfen sinnvoll ist.
[0015] Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass der Zentrierzapfen an der Rotorwelle
angeordnet ist und in einer Bohrung des Rotors eingreift.
[0016] Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Zentrierzapfen an dem Rotor angeordnet
ist, der dann wiederum in einer entsprechenden Ausnehmung der Rotorwelle eingreift.
[0017] Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass keinerlei Zapfen an Rotor und Welle
angeordnet ist. In diesem Fall kann eine Zentrierung durch ein oder mehrere zentrische
oder exzentrische Formelemente wie Passstifte oder kombinierte Form- und Befestigungselemente
wie Passschrauben erfolgen.
[0018] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Berührungsfläche zwischen Rotor
und Rotorwelle in dem Rotor oder in der Rotorwelle wenigstens ein Vorsprung angeordnet
ist, der als ein eine plastische Verformung in dem gegenüberliegenden Bauteil hervorrufender
Vorsprung ausgebildet ist. Ein derartiger Vorsprung kann beispielsweise ein so genannter
Körnerpunkt sein. Dieser Körnerpunkt wird aus dem Material, beispielsweise des Rotors
gebildet. Beim Verpressen des Rotors mit der Rotorwelle durch Anziehen des Befestigungselementes,
beispielsweise der Befestigungsschraube erzeugt der Körnerpunkt eine plastische Verformung
der anliegenden Fläche. Der Körnerpunkt kann in dem Rotor erzeugt werden und erzeugt
dann eine Verformung der Rotorwelle. Es ist auch möglich, den Körnerpunkt in der Rotorwelle
zu erzeugen. Der
[0019] Körnerpunkt erzeugt dann eine plastische Verformung in dem Rotor. Bei Ausbildung
eines oder mehrerer Körnerpunkte ist es vorteilhaft, wenn der Rotor und die Rotorwelle
aus verschiedenen Materialen bestehen. Der Körnerpunkt wird dann in das Material eingebracht,
das die höhere Festigkeit aufweist, also eine höhere Streckgrenze R
e. In diesem Fall drückt sich der wenigstens eine Körnerpunkt in das weichere Gegenmaterial.
[0020] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung,
in der mehrere Ausführungsbeispiele einer Rotor/Rotorwelleverbindung nur beispielhaft
dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch einen Turbomolekularpumpenrotor und den Antriebsbereich einer
Turbomolekularpumpe gemäß dem Stand der Technik;
- Fig. 2a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem Stift;
- Fig. 2b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 3a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung gemäß einem geänderten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 3b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 4a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit schräg radial angeordnetem
Stift;
- Fig. 4b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 5a
- einen Schnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung als geändertes Ausführungsbeispiel;
- Fig. 5b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 6a
- einen Schnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem radial angeordneten
Stift;
- Fig. 6b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 7a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einem Reibring;
- Fig. 7b
- einen Rotor, einen Reibring und eine Rotorwelle in nicht verbundenem Zustand in perspektivischer
Ansicht;
- Fig. 8a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung gemäß der Erfindung mit einem
Körnerpunkt;
- Fig. 8b
- einen Rotor und eine Welle der Rotor/ Rotorwelleverbindung der Abbildung 8a in perspektivischer
Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 9a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einer axial geometrischen
Sicherung;
- Fig. 9b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand;
- Fig. 10a
- einen Längsschnitt durch eine Rotor/Rotorwelleverbindung mit einer radial geometrischen
Sicherung;
- Fig. 10b
- einen Rotor und eine Welle in perspektivischer Ansicht in nicht verbundenem Zustand.
[0021] Fig. 1 zeigt eine Turbomolekularpumpe. In einem Gehäuseteil 260 sind eine Welle 232,
umgebend ein Fanglager 295, eine Radiallagerspule 291, ein Radialsensor 293 und eine
Motorspule 261 angeordnet. Die Motorspule 261 wirkt mit dem auf der Welle 232 befindlichen
und durch eine Hülse 263 gesicherten Motormagneten 262 zusammen, so dass bei Bestromung
der Motorspule 261 die Welle 232 in schnelle Drehung versetzt wird. Der Radialsensor
293 wirkt mit dem wellenseitigen Radialsensortarget 294 zusammen.
[0022] Als ruhende Pumpstrukturen weist die Turbomolekularpumpe dem Vorvakuum zugewandt
einen Holweckstator 228 auf, in welchem schraubenlinienartig Kanäle verlaufen, die
mit der am Rotor angeordneten Hülse 227 zusammenwirken und zusammen eine Holweckstufe
226 bilden.
[0023] Weitere ruhende Pumpstrukturen sind die mit Schaufelkränzen versehenen Statorscheiben
212, 216, 220 und 224, welche durch zwischen ihnen angeordneten Distanzringen 213,
217, 221 und 225 axial beabstandet sind. In die axialen Zwischenräume zwischen den
Statorscheiben 212, 216, 220 und 224 tauchen die als Rotorschaufelkränze 211, 215,
219 und 223 gestalteten Pumpstrukturen ein. Ruhende und rotorseitige Pumpstrukturen
wirken paarweise zusammen. Der Rotorschaufelkranz 211 bildet mit der Statorscheibe
212 zusammen die erste der Kammer zugewandte und im Hochvakuum arbeitende Pumpstufe
210. Entsprechend bilden Statorscheibe 216 und Rotorschaufelkranz 215 die nachfolgende
zweite Pumpstufe 214, Statorscheibe 220 und Rotorschaufelkranz 219 die dritte Pumpstufe
218 und schließlich Statorscheibe 224 und Rotorschaufelkranz 223 die am Übergabedruck
zur Holweckstufe arbeitende vierte Pumpstufe 222. Die Rotorschaufelkränze sind jeweils
in voneinander axial beabstandeten Ebenen 250, 251, 252 und 253 angeordnet, der Befestigungsbereich
der Rotorhülse bildet die Ebene 254.
[0024] Die rotorseitigen Pumpstrukturen in Form der Rotorschaufelkränze 219 und 223 sind
am ersten Rotorteil 201 angeordnet und bilden mit diesem einen einstückigen Körper.
Die Rotorhülse 227 ist mit dem ersten Rotorteil verbunden. Das erste Rotorteil weist
eine Ausnehmung 230 in ihrem Zentrum auf. Dieser sich axial und radial von der Mitte
aus erstreckende Hohlraum nimmt das Fanglager 295 wenigstens teilweise auf.
[0025] Das erste Rotorteil 201 ist mit einem Befestigungselement, im Beispiel einer Schraube
280 mit der Stirnseite 258 der Rotorwelle 232 verbunden. Die Welle 232 weist eine
Ausnehmung auf, mit der ein Zapfen 289 des ersten Rotorteiles 201 in Eingriff steht,
wodurch die radiale Positionierung vereinfacht wird. Das erste Rotorteil 201 besitzt
gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Trägerabschnitt 201a. Dieser erstreckt sich vom
ersten Rotorteil 201 aus axial in Richtung Hochvakuum, also in die der Welle 232 abgewandten
Richtung. Auf diesem Trägerabschnitt ist ein Tragring 208 angeordnet, mit welchem
der Rotorschaufelkranz 211 verbunden ist. Ein weiterer Tragring 209 und der Rotorschaufelkranz
215 sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Tragringe mit Rotorschaufelkranz sind
günstig herstellbar.
[0026] In dem stirnseitigen Trägerabschnitt 201a sind Wuchtbohrungen 270 vorgesehen, in
die Wuchtgewichte 271 eingesetzt werden können. In den Rotorschaufelkränzen 219 und
223 können in Wuchtbohrungen 272 Wuchtgewichte 273 angeordnet werden.
[0027] Um eine Verdrehung des ersten Rotorteiles 201 gegenüber der Welle 232 zu verhindern,
ist ein Stift 281 als Verdrehsicherung vorgesehen, der mit einem Ende in dem Rotorteil
201 angeordnet ist und mit seinem anderen Ende in der Welle 232. Da er radial beabstandet
von der zentral angeordneten Schraube 280 angeordnet ist, verhindert er das Verdrehen
des Rotorteiles 201 gegenüber der Welle 232.
[0028] Fig. 2a zeigt die Rotorwelle 232, an der mittels der Schraube 280 ein Rotorteil 201
befestigt ist. Der Stift 281 verhindert das Verdrehen des Rotorteiles 201 gegenüber
der Rotorwelle 232.
[0029] Gemäß der Fig. 2b ist in dem Zentrierzapfen 289 eine axiale Bohrung 300 angeordnet.
In der Welle 232 ist ebenfalls eine Bohrung 301 vorgesehen. Der Stift 281, der in
Fig. 2b nicht dargestellt ist, greift mit seinen Enden in die Bohrungen 300 und 301.
[0030] Die Fig. 3a und 3b zeigen die Rotorwelle 232, in der wiederum die Bohrung 301 angeordnet
ist. Der Zentrierzapfen 289 des Rotors 201 weist an Stelle der Bohrung jedoch eine
Nut 302 auf. Der Stift 281 ist mit einem Ende in der Bohrung 301 der Rotorwelle 232
und mit seinem anderen Ende in der Nut 302 des Zentrierzapfens 289 angeordnet.
[0031] Die Ausführung mit der Nut 302 weist gegenüber der Ausführungsform mit der Bohrung
den Vorteil auf, dass die Nut 302 es ermöglicht, ohne Einhaltung sehr genauer Toleranzen
ein statisch bestimmtes Passungssystem aufzubauen. Die radiale Zentrierung des Rotors
201 und der Rotorwelle 232 wird von dem Zentrierzapfen 289 übernommen. Zwei weitere
Bohrungen mit Stift, die fluchten müssten, würden diese Lösung je nach den vorhandenen
Toleranzen und Spielen verspannen und negativ beeinflussen.
[0032] Die Nut 302 sorgt dafür, dass der Stift 281 alleine den rotatorischen Freiheitsgrad
sichert und die beiden radialen Freiheitsgrade, welche durch den Zentrierzapfen 289
gesichert werden, nicht beeinflusst.
[0033] Gemäß den Fig. 4a und 4b ist der Stift 281 schräg radial in einer Nut 303 des Zentrierzapfens
289 des Rotorteiles 201 angeordnet sowie in einer radial angeordneten Bohrung 304
der Welle 232.
[0034] Bei dieser Ausführungsform wird der Stift 281 durch die Fliehkraft sicher fixiert.
[0035] Gemäß den Fig. 5a und 5b ist der Stift 281 in einer Bohrung 305 des Rotors 201 radial
beabstandet außerhalb des Bereiches des Zentrierzapfens 289 angeordnet. Die entsprechende
Gegenbohrung 306 ist in der Welle 232 angeordnet. Die Bohrung 305 ist in der äußeren
Anlagefläche der Welle 232 an dem Rotor 201 angeordnet.
[0036] Die Fig. 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Stift 281 ist radial
in den Rotorzentrierzapfen 289 gesteckt und ist damit in der Bohrung 307 des Zentrierzapfens
289 angeordnet. Das andere Ende des Stiftes 281 greift in eine Nut 308 der Welle 232.
[0037] Die Fig. 7a und 7b zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist zwischen den Zentrierzapfen 289 und einer Stirnseite 258 der Welle 232 ein Reibring
309 angeordnet. Durch die Schraube 280 wird das Rotorteil 200 mit der Welle 232 verpresst.
Der Reibring 309 verhindert ein Verdrehen des Rotorteiles 201 relativ zu der Welle
232.
[0038] Gemäß dem einzigen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; welches in den Fig. 8a
und 8b dargestellt ist, ist auf einer Anlagefläche 310 der Welle 232 ein Körnerpunkt
311 gebildet. Der Körnerpunkt 311 liegt auf einer Anlagefläche 312 des Rotorteiles
201 an. Die Welle 232 ist aus einem festeren Material gebildet, als das Rotorteil
201. Beim Verschrauben des Rotorteiles 201 mit der Welle 232 mittels der Schraube
280 tritt durch den Körnerpunkt 311 eine plastische Verformung der Anlagefläche 312
des Rotors 201 auf. Durch die Verzahnung zwischen Körnerpunkt 311 und der plastischen
Verformung wird ebenfalls ein Formschluss erzielt, der ein Verdrehen des Rotorteiles
201 relativ zu der Welle 232 verhindert. Es ist auch möglich, mehrere Körnerpunkte
311 vorzusehen.
[0039] Gemäß den Fig. 9a und 9b weist die Welle 232 an ihrem Ende eine in axialer Richtung
hervorstehend geformte, geometrische Sicherung 313 auf, deren Gegenstück 314 in dem
Rotorteil 201 angeordnet ist. Die in axialer Richtung hervorstehend geformte, geometrische
Sicherung 313 weist zwei Erhebungen 315a, 315b auf, die in entsprechende Vertiefungen
316a, 316b angeordnet sind. Durch den Formschluss der Teile 313 und 314 wird eine
Verdrehsicherung zwischen dem Rotorteil 201 und der Rotorwelle 232 erreicht.
[0040] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 10a und 10b dargestellt.
Der Zentrierzapfen 289 weist einen in radialer Richtung hervorstehend geformten Vorsprung
317 auf, der in einer Nut 318 der Rotorwelle 232 angeordnet wird. In der Nut 318 der
Rotorwelle 232 ist ein Anschlag (nicht dargestellt) vorgesehen, so dass eine Drehung
des Rotorteiles 201 relativ zu der Welle 232 vermieden wird.
[0041] Es ist möglich, die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausführungsformen miteinander
zu kombinieren.
Bezugszahlen
[0042]
- 201
- Rotorteil
- 201a
- Trägerabschnitt
- 208
- Tragring
- 209
- Tragring
- 210
- Pumpstufe
- 211
- Rotorschaufelkranz
- 212
- Statorscheibe
- 213
- Distanzring
- 214
- Pumpstufe
- 215
- Rotorschaufelkranz
- 216
- Statorscheibe
- 217
- Distanzring
- 218
- Pumpstufe
- 219
- Rotorschaufelkranz
- 220
- Statorscheibe
- 221
- Distanzring
- 222
- Pumpstufe
- 223
- Rotorschaufelkranz
- 224
- Statorscheibe
- 225
- Distanzring
- 226
- Holweckstufe
- 227
- Hülse
- 228
- Holweckstator
- 230
- Ausnehmung
- 232
- Rotorwelle
- 250
- Ebene
- 251
- Ebene
- 252
- Ebene
- 254
- Ebene
- 258
- Stirnseite der Welle 232
- 260
- Gehäuseteil
- 261
- Motorspule
- 262
- Motormagnet
- 263
- Hülse
- 270
- Wuchtbohrung
- 271
- Wuchtgewicht
- 272
- Wuchtbohrung
- 273
- Wuchtgewicht
- 280
- Schraube
- 281
- Stift
- 289
- Zapfen
- 291
- Radiallagerspule
- 292
- Radiallagertarget
- 293
- Radialsensor
- 294
- Radialsensortarget
- 295
- Hanglager
- 300
- Bohrung
- 301
- Bohrung
- 302
- Nut
- 303
- Nut
- 304
- radiale Bohrung
- 305
- Bohrung
- 306
- Bohrung
- 307
- Bohrung
- 308
- Nut
- 309
- Reibring
- 310
- Anlagefläche Stator
- 311
- Körnerpunkt
- 312
- Anlagefläche des Rotorteiles 201
- 313
- axial geometrische Sicherung
- 314
- Teil der axial geometrischen Sicherung
- 315a
- Erhebung
- 315b
- Erhebung
- 316a
- Vertiefung
- 316b
- Vertiefung
- 317
- Vorsprung
- 318
- Nut