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1、10申请公布号CN102105653A43申请公布日20110622CN102105653ACN102105653A21申请号200980129530322申请日20090717102008036623420080806DEF01C21/02200601F04C25/02200601F04D17/16200601F04D19/04200601F04D29/05920060171申请人厄利孔莱博尔德真空技术有限责任公司地址德国科隆72发明人拉尔夫阿达米茨赖纳赫尔策马库斯亨利74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人魏金霞田军锋54发明名称用于支承旋转部件的滚动体轴承在真空设备中。
2、的应用以及真空设备57摘要本发明涉及一种用于在真空设备中支承旋转部件的滚动体轴承，其包括设置在轴承元件12、14之间的多个滚动元件10。例如，轴承室26在两侧上通过密封元件22、24封闭。所述密封元件22、24具有较小的密封间隙S。根据本发明的滚动体轴承可在真空部分中使用，在所述真空部分中存在小于103毫巴的压强。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011012786PCT申请的申请数据PCT/EP2009/0592452009071787PCT申请的公布数据WO2010/015501DE2010021151INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书。
3、5页附图3页CN102105656A1/2页21用于支撑旋转部件的滚动体轴承在真空设备中的应用，包括设置在两个轴承元件12、14之间的轴承空间26中的多个滚动元件10，以及用于在对着真空部分18、20的至少一侧上密封所述轴承空间26的至少一个密封元件22、24、40、46，其中，所述密封元件22、24、40、46固定地连接于所述两个轴承元件中的其中一个轴承元件14或者连接于与所述轴承元件相连的部件36，并且其中，为了形成间隙环密封，所述密封元件设置在距另一轴承元件12或者距与所述轴承元件相连的部件30、32的一定距离S处，所述距离S小于所述真空部分18、20中的分子的平均自由程，其特征在于，所。
4、述真空部分18、20中的压强低于103毫巴。2根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述真空部分18、20中的压强低于105毫巴、特别是低于107毫巴。3根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，将下列应用于所述间隙宽度S其中，P是以毫巴为单位的所述真空部分18、20中的压强，并且其中XR，其中，05X12。4根据权利要求1至3中任一项所述的应用，其特征在于，所述距离S小于轴承元件距离H的20、优选地小于轴承元件距离H的10、并且特别优选地小于轴承元件距离H的5。5根据权利要求1至4中任一项所述的应用，其特征在于包括，用于在两侧上密封所述轴承空间26的两个相对的密封元件22、24；40、46。。
5、6根据权利要求5所述的应用，其特征在于，特别是由于在所述真空部分18、20中存在不同的压强，因此在轴承两侧上两个密封元件22、24；40、46具有不同的距离S。7根据权利要求1至6中任一项所述的应用，其特征在于，所述至少一个密封元件22、24固定地连接于所述外部轴承元件。8根据权利要求1至7中任一项所述的应用，其特征在于，所述距离S在周向方向上是恒定的。9根据权利要求1至8中任一项所述的应用，其特征在于，为了形成小的轴承空间26，所述至少一个密封元件22、24距所述滚动元件10或支撑所述滚动元件10的保持架16具有小的距离。10根据权利要求1至9中任一项所述的应用，其特征在于，密封元件40在所。
6、述间隙环密封的区域中的宽度B至少为S。11根据权利要求1至10中任一项所述的应用，其特征在于包括，用于使泄漏的润滑油返回至所述轴承空间26的主动输送元件45，所述输送元件设置在所述密封元件40、46的区域中。12根据权利要求11所述的应用，其中，所述主动输送元件包括螺旋状凹入部，所述螺权利要求书CN102105653ACN102105656A2/2页3旋状凹入部设置在所述密封元件40、46的面向转子轴30的内侧面42、48中和/或设置在所述转子轴30的位于所述密封元件40、46的区域内的表面44中。13根据权利要求1至12中任一项所述的应用，其特征在于，由所述至少一个滚动体轴承支撑的所述旋转部。
7、件以至少6,000转/分、特别是大于30,000转/分的速度旋转。14根据权利要求1至13中任一项所述的应用，其特征在于，在涡轮分子泵中实现所述应用，特别是用于支撑泵转子的目的。15一种真空设备、特别是真空泵，包括设置在吸入室中的泵送元件66、68，支撑所述泵送元件66、68的至少一个转轴62，支撑所述轴62的至少两个轴承装置76、78，所述轴承装置中的至少一个轴承装置76是滚动体轴承，所述滚动体轴承包括设置在两个轴承元件12、14之间的轴承空间26中的多个滚动元件10，以及用于在对着真空部分18、20的至少一侧上密封所述轴承空间26的至少一个密封元件22、24、40、46，其中，所述密封元件。
8、22、24、40、46固定地连接于所述两个轴承元件中的其中一个轴承元件14或者连接于与所述轴承元件相连的部件36，并且其中，为了形成间隙环密封，所述密封元件设置在距另一轴承元件12或者距与所述轴承元件相连的部件30、32的一定距离S处，所述距离S小于所述真空部分18、20中的分子的平均自由程，其特征在于，能够允许所述真空部分18、20中的压强小于103毫巴。16根据权利要求15所述的真空设备，其特征在于包括，根据权利要求1至14中任一项所述的滚动体轴承。权利要求书CN102105653ACN102105656A1/5页4用于支承旋转部件的滚动体轴承在真空设备中的应用以及真空设备技术领域0001。
9、本发明涉及用于支承旋转部件的滚动体轴承在真空设备中的应用以及这种真空设备。背景技术0002诸如真空泵的真空设备包括设置在吸入腔中的泵送元件。例如，泵送元件是罗兹活塞、螺旋转子等。通常，泵送元件分别由转轴支撑。每个轴通常由两个轴承装置支撑。轴承装置通常包括油脂润滑的滚动体轴承。在真空泵中使用任意的滚动体轴承仅在压强不低于103毫巴MBAR的应用中是有益的。0003因此，旋转部件、特别是转子轴通常由油脂润滑的滚动体轴承支撑。根据普遍的专家的观点，关于这一点，必须设置滚动轴承元件使其不会暴露于任何高真空。当前使用的滚动体轴承仅适用于高至103毫巴的压强。在低于103毫巴的较低压强的情况下，存在大量的。
10、润滑油被从容纳滚动元件的轴承空间抽出的风险，从而大大地缩短了轴承的使用寿命。为了能够使用油脂润滑的滚动体轴承，必须将其设置在不存在超真空的区域中。这通常需要复杂的结构。例如，将涡轮分子泵的泵转子设置在外悬轴上，以允许滚动体轴承装置处于存在足够高的压强的区域中。由于该外悬轴承，因此轴的自由悬臂导致了该轴的受限的结构长度并且进一步导致了轴承上的较大负荷。此外，这种结构昂贵且复杂。0004另一种可能是提供磁悬浮轴承来取代油脂润滑的轴承。然而，磁悬浮轴承是昂贵的部件，另外，它必须与安全轴承结合以便保证在故障情况下的紧急操作性能。发明内容0005本发明的目的是简化能够在特别是小于103毫巴的相对较低的压。
11、强下使用的真空设备的结构。0006根据本发明，该目的分别通过权利要求1和权利要求15的技术特征来实现。0007研究表明，具有适当设计的密封元件的滚动体轴承也可在存在低于103毫巴、特别是低于105毫巴、以及甚至低于107毫巴压强的真空部分中使用。因此，令人惊讶地发现与普遍的专家的观点相反并且也与关于相应的油脂润滑的滚动体轴承的业界标准相反，这种滚动体轴承也可在低压区域中使用。相应的研究已经得出在低于103毫巴的压强的情况下也可获得并未降低的轴承使用寿命。0008根据本发明所使用的滚动体轴承包括两个轴承元件，在所述两个轴承元件之间，滚动元件设置在轴承空间中。例如，所述轴承元件可以是内部轴承座圈和。
12、外部轴承座圈。同样，其中一个轴承座圈可以省略并且直接由轴本身或由包围该轴的壳体形成，从而使两个轴承元件中的其中一个由轴或诸如壳体的包围轴的部件围绕。另外，在对着真空部分的至少一侧上提供密封轴承空间的至少一个密封元件。该轴承空间其中容纳滚动元件和润滑油通过密封元件与真空部分分隔开，特别地，该密封元件基本上为环形。为了即使在说明书CN102105653ACN102105656A2/5页5真空部分的低压下也可防止或大大地减少尤其是油脂润滑油泄漏或被抽到真空部分中，本发明提供了形成间隙环的密封元件，其中该密封元件设置在距两个轴承元件中的其中一个的一定距离处从而使得存在特别小的间隙宽度。另外，该密封元件。
13、直接或间接地牢固连接于另一轴承元件。0009例如，如果该轴承元件是外部轴承座圈，则密封元件可牢固地直接连接于该轴承座圈或者也可连接于诸如如下部件即，保持轴承座圈的壳体。例如，如果外部轴承座圈是固定不动的，则密封元件也安装成是固定不动的。为了允许真空部分中的低压、特别是低于103毫巴的压强，而不会使过多量的润滑油被从轴承抽出，在密封元件与两个轴承元件中的其中一个之间的距离即，间隙宽度小于真空部分中的分子的平均自由程。优选地，假定是在20温度下的空气的分子的平均自由程。0010优选地，将下列应用于间隙宽度S00110012其中，P是以毫巴为单位的真空部分中的压强，并且密封元件设置在相应的真空部分与。
14、轴承空间之间。此处，0013XR，0014其中，05X120015X可指定为从05至12区间内的任何气体。0016在优选实施方式中，间隙宽度或距离S小于轴承元件距离H的20、特别是小于轴承元件距离H的10、并且特别优选地小于轴承元件距离H的5。关于这一点，轴承元件距离H指的是两个轴承元件之间的距离或横向自由距离，即，该轴承的横向开口。特别优选地，既满足作为压强的函数的间隙宽度的上述公式又满足作为轴承元件距离的函数的间隙宽度的条件。0017在优选实施方式中，设置两个相对的密封元件以在两侧上密封轴承空间。或者，两个密封元件可以是不同的设计、特别是不同的间隙宽度，即，至对应的轴承元件的相应距离可以不。
15、同。因为两个轴承元件上的压强可能不同，并且例如具有较大间隙宽度的密封元件在两侧中的其中一侧上可能是足够的。因此，可削减制造成本。0018在优选实施方式中，至少一个密封元件固定地连接于外部轴承元件。因此，在内部轴承元件与密封元件之间形成密封间隙，该内部轴承元件例如也可以是旋转部件本身。由此，保持密封间隙的长度尽可能短。有利地，减小了润滑油经其泄漏的表面。因此，适用于具有诸如轴承座圈的内部轴承元件的滚动体轴承，构造密封元件使得密封元件越过内部轴承座圈并且在密封元件与轴之间形成有效的间隙宽度。因此，在具有内部座圈的轴承的情况下也可实现较短的间隙长度。该实施方式的基本的创造性方面在于在密封元件与两个轴。
16、承元件中的其中一个或连接于该轴承元件的部件之间的距离较短。因此，与所选择的结构相对应，在密封元件与轴承元件之间或在密封元件与诸如转轴的连接于对应的轴承元件的部件之间直接设有密封间隙，根据本发明的密封间隙较窄并且该密封间隙允许在相邻的真空部分中的低压。0019优选地，该距离在周向方向上是恒定的，从而使得该间隙是恒定宽度的环。说明书CN102105653ACN102105656A3/5页60020优选地，使容纳滚动元件和润滑油的轴承空间尽可能地小。因此，可以选择密封元件的形状使得它们距滚动元件或支撑滚动元件的保持架的距离较小。0021根据本发明，滚动体轴承是在大于6,000转/分RPM、特别是大于。
17、30,000转/分的速度范围中使用。关于这一点，所采用的轴承的创造性设计具有如下优点，即尽管速度很高，对应的轴承还是能够在非常低的压强的情况下使用。0022特别是，有利地将上述轴承与例如设置在涡轮分子泵中的快速转轴一起使用。具体地，上述滚动体轴承用于支撑涡轮分子泵的转子轴，其中特别是在吸入侧即，存在高真空的一侧使用该轴承。0023另外，特别优选地在轴承空间内使用适合的润滑油。具体地，润滑油是由润滑剂和增稠剂形成的混合物。关于这一点，润滑剂特别是包括油或是油质的。此处，油不仅可理解为包括矿物油或天然油，也可理解为润滑剂其在应用领域中具有液体的、显微镜下可见的聚集状态。优选地，润滑油是糊状的，在本。
18、情况下意味着当施加较小的剪切应力时外部形状可以可塑变形，其中外部形状是由那些应力改变而不是由其本身的重量或由重力加速度改变。0024本发明还涉及真空设备、特别是真空泵，其包括尤其是在优选实施方式中描述的上述类型的滚动体轴承，其中该滚动体轴承装置处于能够允许压强小于103毫巴的真空部分中。这意味着即使存在小于103毫巴的压强，能够期待在该部分中的轴承使用寿命期限相对于在其它压强下的操作保持不变。0025真空泵包括设置在吸入室中的诸如罗兹活塞、螺旋转子等泵送元件。通常，泵送元件分别连接于由至少两个轴承装置支撑的转轴。根据本发明，两个轴承装置中的其中一个可设置在存在对应低压的真空部分中。0026在优。
19、选实施方式中，本发明的真空设备具体地包括上述滚动体轴承的优选实施方式。0027特别是在上述优选实施方式中的滚动体轴承代表了另一独立发明。附图说明0028下面将参照优选实施方式以及附图详细描述本发明。0029在附图中，0030图1示出了通过根据本发明的适于使用的滚动体轴承的第一实施方式的示意性截面图；0031图2示出了通过根据本发明的适于使用的滚动体轴承的第二实施方式的示意性截面图；以及0032图3示出了通过涡轮分子真空泵的大大简化的示意性截面图，所述涡轮分子真空泵具有设置在低压部分中的滚动体轴承。具体实施方式0033如图1图示，在滚动体轴承的第一实施方式中，球形式的滚动元件10设置在内部轴承元。
20、件或内部轴承座圈12与外部轴承元件或外部轴承座圈14之间。滚动元件10由保持架16保持。在分别限定真空部分的两侧18、20上，设置相应的密封元件22、24。两个密说明书CN102105653ACN102105656A4/5页7封元件22、24在它们之间限定了轴承空间26，所述轴承空间容纳滚动元件10并且填充有诸如油脂的润滑油。两个密封元件22、24其在图示实施方式中为曲柄形状通过诸如安全环28的保持元件固定地连接于外部轴承座圈。0034密封元件设计成使它们距内部轴承座圈12具有一定距离S，其中，密封元件22和密封元件24的间隙宽度或距离S可彼此不同。这取决于该滚动体轴承的应用以及在两个真空部分。
21、18、20中存在的压强。优选地，间隙宽度S小于包围滚动体轴承的真空或存在于真空部分18、20中的真空的分子的平均自由程。根据本发明，同样可低于103毫巴。由于内部轴承座圈12的不对称设计，因此滚动体轴承的图示实施方式示出了在两侧上不同的轴承元件距离H。此处，轴承元件距离H是两个轴承元件或轴承座圈12、14之间的空隙。0035在图2中图示的第二实施方式中，由同样的附图标记标识相似或相同的部件。0036在该实施方式中图2，内部轴承座圈12设置在轴30上并且通过保持元件32压抵轴承轴肩34以便于固定该座圈。外部轴承座圈14设在壳体元件36中，并且例如借助于由弹簧38偏压的保持构件40固定。该保持构件。
22、40以对应于外部轴承座圈14的方式连接于壳体36。因此，保持构件40还用作密封元件，并且因此根据本发明，在面向轴30的内侧面42与轴30的上侧面44之间具有距离S。而密封间隙S具有较窄的宽度如本发明所设置，其是真空部分18中存在的压强的函数。在图示的实施方式中，轴承空间26还包括设置在密封元件40和46中的存储空间51、52，其还保持润滑油。0037在该轴承的相对侧面向真空部分20，部件46也固定地连接于壳体36以用作密封元件。根据本发明，密封元件46的面向轴30的内表面48距保持元件32的上侧面50具有较小的距离S。还可以在密封间隙S的区域中形成较短的保持元件32，从而在密封元件46的表面4。
23、8与轴30的上侧面44之间直接形成密封间隙S。0038如通过图2中的保持构件40所示，指向轴30的内侧面42具有宽度B。宽度B越大，间隙的密封效果越好。宽度B至少为S。例如，对于诸如密封元件22、24和46的其它密封元件设计的间隙宽度同样如此。0039为了进一步减少润滑油从轴承空间26的损失或者为了允许选择较大的间隙宽度，可在轴30的上侧面44设置螺纹45，所述螺纹作为主动输送元件。螺纹45将堆积在轴30上的润滑油分子朝向轴承空间26送回。除螺纹45之外或替代螺纹45，可在相对侧面上即，内侧面42上设置相应的螺纹。该螺纹必须仅具有较低的深度，从而使螺旋状凹入部足以作为主动输送元件。甚至当轴30。
24、在车床上转动时所形成的车切槽也可作为主动输送元件。应当考虑到，该螺旋状凹入部朝向轴承空间26螺旋延伸从而进行朝向轴承空间26的输送。0040特别是从图2所示的实施方式可以看出，对于本发明，重要的是容纳滚动元件10和润滑油的轴承空间26包括通向一个或两个真空部分18、22的小的连接部，该小的连接部是较窄的密封间隙S的形式。此外，重要的是设置密封间隙S，从而使得在相反方向上旋转的相对的部分不会彼此接触。由于高转速，因此这点尤其必要。0041根据本发明，上面参照图1和图2描述的滚动体轴承或轴承装置的两个优选实施方式可在优选地存在低于103毫巴的压强的真空部分中使用。0042类似或相似的轴承可在涡轮分。
25、子泵中使用，如图3示意性地示出。图3中示意性地示出的涡轮分子泵包括泵壳体60中的转子轴62。转子轴62支撑作为泵送元件的转子元说明书CN102105653ACN102105656A5/5页8件64。转子元件64具有转子轮盘66，在转子轮盘之间设置有定子轮盘68。固定不动的定子轮盘68通过定子环70保持。0043图3中示意性地示出的涡轮分子泵在箭头72的方向上抽入介质并在箭头74的方向上将其喷出。在图3的右手侧上，涡轮分子泵的吸入侧，优选地存在小于103毫巴的低压。根据本发明，轴承装置76例如其可以是参照图1或图2描述的轴承设置在真空部分20中。在图3的左手侧，该轴由另一轴承78支撑，该轴承78也可以是设计更加简单的滚动体轴承。说明书CN102105653ACN102105656A1/3页9图1说明书附图CN102105653ACN102105656A2/3页10图2说明书附图CN102105653ACN102105656A3/3页11图3说明书附图CN102105653A。