DE19729450A1 - Wälzlager, insbesondere Notlager für magnetisch gelagerte Vakuumpumpen - Google Patents
Wälzlager, insbesondere Notlager für magnetisch gelagerte VakuumpumpenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei magnetisch gelagerten Vakuumpumpen, insbesondere bei Turbomoleku
larpumpen bestehen im Hinblick auf Drehzahl, Schmierung, Schwingungsver
halten und weitere Umgebungsbedingungen hohe Anforderungen, weshalb sie
mit aufwendigen magnetischen Lagerungen versehen sind. Dabei tritt jedoch
das Problem auf, daß z. B. bei Stromausfall die Magnetlagerung zusammen
bricht und der sich noch drehende Rotor abgestützt werden muß, um eine Be
schädigung der Vakuumpumpe zu vermeiden. Für diesen Notfall sind als Not
lager Wälzlager vorgesehen, die dann die Last übertragen. Im Normalfall ste
hen die Wälzlager still bzw. drehen mit der Welle ohne Kontakt zum Gehäuse
mit, was z. B. durch entsprechendes Spiel zwischen Rotorwelle und Innenring
bewirkt wird. Wenn nun der Notfall eintritt, werden die Wälzlager schlagartig in
kürzester Zeit von Drehzahl Null auf Betriebsdrehzahl beschleunigt. Die dabei
auftretenden Gleitvorgänge zwischen Kugeln und Laufbahn beeinträchtigen die
Lebensdauer der Lager erheblich. Die Verwendung von Schmierfetten, um die
Gleitvorgänge zu verbessern, scheitert an den Umständen, daß bei Vakuum
pumpen durch das entstehende Vakuum das Schmierfett "ausdünstet" und
somit unwirksam wird, bzw. an der Forderung, daß das Hochvakuum nicht
durch Kohlenwasserstoffe verunreinigt werden darf. Beim Einsatz in der Pro
zeßgastechnik besteht noch die Gefahr, daß die Prozeßgase die Wälzlager
chemisch angreifen. Wegen der engen Toleranzen des Magnetlagers ist es
weiterhin erforderlich, daß die Wälzlager ebenfalls eine hohe Führungsgenau
igkeit bei geringem Spiel haben.
Aus der EP 0 446 723 A1 ist ein vollkugeliges Schrägkugellager für Turbomo
lekularpumpen bekannt, bei dem die Kugeln aus Keramikwerkstoff gefertigt
sind und das beidseitig mit Deckscheiben versehen ist. Das Lager ist mit einem
Spezialfett mit einer gering flüchtigen Zusammensetzung versehen. Die Lager
sind dabei jedoch als Hauptlager für mechanisch gelagerte Vakuumpumpen
(also nicht magnetgelagert) ausgeführt, so daß sie keine schlagartigen Be
schleunigungen erleiden. Außerdem kann in manchen Anwendungsfällen auch
das Spezialfett noch zu Problemen führen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, daß sie die speziellen bei Notlagern in magnetisch gelagerten
Turbomolekularpumpen auftretenden Betriebszustände problemlos verkraften
und eine lange Lebensdauer erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Ansprüchen 2 bis 5 genannt. Die Kombination der zum Teil einzeln bekannten
Merkmale ergibt dabei für den Anwendungsfall eine optimale Lagerung. So
zeigt sich der Laufringwerkstoff im Zusammenspiel mit den Keramikkugeln in
hohem Maße verschleißfest und der zweigeteilte Laufring ermöglicht ein hoch
genaues Abstimmen des Lagerspiels, wobei durch die Deckscheiben eine
Baueinheit erzielt wird.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine Turbomolekularpumpe im Schnitt.
Fig. 2 zeigt vergrößert ein Wälzlager, das als Notlauflager Verwendung
findet.
In Fig. 1 ist der Hochvakuumanschluß mit 1 und das Gehäuse mit 2 bezeich
net. Ein Elektromotor 3 treibt mit seinem Rotor 4 mehrere Rotorscheiben an,
die mit entsprechenden Statorscheiben 5 zusammenwirken. Der Rotor 4 ist in
Magnetlagern 6 gelagert, die über Sensoren 7 steuerbar sind. Zusätzlich ist der
Rotor 4 noch an seinem oberen und unteren Ende in Notlauflagern 8 und 9
abgestützt. Diese Notlauflager 8 und 9 sind als Wälzlager ausgebildet und ste
hen im Normalbetrieb still bzw. drehen auf der Welle ohne Kontakt zum Ge
häuse mit, da z. B. zwischen Welle und Innenring ein geringer Spalt vorgese
hen ist. Wenn nun z. B. durch Stromausfall die Magnetlager 6 ausfallen, wird
dieser geringe Spalt zu Null und die Wälzlager übernehmen die Lagerung. Da
durch wird eine Beschädigung des Aggregats vermieden, da der sich noch
drehende Rotor nun von den Wälzlagern abgestützt wird, bis er ausgelaufen
ist, bzw. bis die Magnetlager 6 wieder aktiv werden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Notlauflager 8 und/oder 9 als Wälzlager
ausgebildet, die einen einteiligen und einen zweigeteilten Laufring aufweisen.
Im dargestellten Beispiel ist der Außenring 10 einteilig und der Innenring 11
zweigeteilt, wodurch sich zum einen die Lager voll mit Kugeln 12 bestücken
lassen, was eine hohe Tragzahl ergibt und zum anderen läßt sich dadurch eine
hochgenaue Spieleinstellung verwirklichen, was das Lauf- und Schwingungs
verhalten der Lagerung positiv beeinflußt. Dadurch, daß die Kugeln 12 aus Ke
ramikwerkstoff und die Laufringe aus hochlegiertem Chromstahl gefertigt sind,
ergibt sich eine hohe Verschleißfestigkeit gegen die schlagartige Beschleuni
gung, wie sie im Notlauffall auftritt. Weiterhin sind derartige Lager auch ohne
jegliche Schmierung funktionsfähig. Die Keramikkugeln ergeben zudem eine
geringere Fliehkraftbeanspruchung bei den hohen Drehzahlen. Bei der Ver
wendung von Trockenschmierstoff oder einer Beschichtung der Laufringe wird
das Hochvakuum nicht verunreinigt und doch eine "Schmierwirkung" erzielt.
Die beiderseits des Lagers angeordneten Deckscheiben 13 aus rostfreiem
Material bewirken eine zusätzliche Abdichtung des Lagers und bewirken
gleichzeitig einen Zusammenhalt des Lagers, das so als eine Baueinheit trans
portiert und eingebaut werden kann. Somit ergibt sich durch die Kombination
der verschiedenen Merkmale eine optimale Notlagerung der Turbomolekular
pumpe. Bei der Verwendung von Abstandskugeln, welche kleiner sind als die
tragenden Kugeln aus Keramik, ergibt sich eine noch geringere Reibung, wel
che die Drehfähigkeit erhöht. Die Abstandskugeln können aus Metall oder ei
nem anderen Werkstoff gefertigt sein und ggf. Schmiereigenschaften aufwei
sen.
Claims (5)
1. Wälzlager, insbesondere Notlager für magnetisch gelagerte Vakuumpum
pen, wie z. B. Turbomolekularpumpen, wobei der magnetisch gelagerte
Rotor von zwei getrennt voneinander jeweils auf der Rotorwelle und im
Gehäuse angeordneten Wälzlagern geführt wird, wenn z. B. in Folge von
Stromausfall die magnetische Lagerung ausfällt, dadurch gekennzeichnet,
- - daß mindestens ein Wälzlager als ein- oder zweireihiges Kugellager ausgebildet ist, das jeweils einen einteiligen und einen zweigeteilten Laufring (10, 11) aufweist,
- - daß die Kugeln (12) aus Keramikwerkstoff und die Laufringe (10, 11) aus einem korrosionsbeständigen hochlegierten Chromstahl (z. B. X 30 CrMoN 15 (AMS 5898)) gefertigt sind,
- - und daß das Lager zwischen Innen- und Außenring beidseitig mit Deckscheiben (13) aus rostfreiem Material versehen ist, welche den zweigeteilten Laufring (11) zu einer Baueinheit zusammenfassen.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugella
ger vollkugelig, also ohne Käfig und ohne Einfüllnut ausgeführt ist.
3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerspiel
bzw. die Lagervorspannung durch Abstimmung des zweigeteilten
Laufrings (11) hochgenau ausführbar ist.
4. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager mit
einem Trockenschmierstoff versehen ist und/oder die Laufringe (10,11)
eine verschleißarme Hartbeschichtung aufweisen.
5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Kugeln (12) aus Keramikwerkstoff Abstandskugeln mit kleinerem Durch
messer angeordnet sind.
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