DE102008048210A1

DE102008048210A1 - Damping device for damping axial movement of shaft of shaft arrangement, has fixing element, where shaft is oscillated relative to fixing element in its axial direction

Info

Publication number: DE102008048210A1
Application number: DE102008048210A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hölzer; Dieter Bohry
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2008-09-20
Filing date: 2008-09-20
Publication date: 2010-05-12

Abstract

The damping device (10) has a fixing element (14), where the shaft (12) is oscillated relative to the fixing element in its axial direction (16). The damping device has a magnet (18a,18b) and a ring (20) which comprises an electrically conducting material. The ring is arranged within the magnetic field of the magnet such that the magnetic flux of the magnetic field acting on the ring is changed by the axial movement of the shaft relative to the fixing element. The ring is formed from a non-magnetic material, particularly copper. An independent claim is included for a shaft arrangement with two bearings.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Axialbewegungen einer Welle.The The invention relates to a damping device for damping of axial movements of a shaft.

Eine derartige Dämpfungsvorrichtung kann bei rotierbaren Wellen eingesetzt werden, die in axialer Richtung bewegbar bzw. schwingungsfähig sind. Hierbei kann es sich auch um sehr kleine Bewegungen bzw. Schwingungen handeln, wobei der Begriff „Schwingung” nicht notwendigerweise eine periodische, sich wiederholende Bewegung bedeuten muss. Als „Schwingung” kann auch ein kleiner Teil einer sich wiederholenden oder periodischen Bewegung verstanden werden. Bei der Welle kann es sich insbesondere um einen Läufer handeln.A Such damping device can rotatable shafts can be used, which are movable in the axial direction or capable of oscillating are. These can also be very small movements or vibrations act, with the term "vibration" not necessarily must mean a periodic, repetitive motion. As a "vibration" can also be a small part of a repetitive or periodic movement. In particular, the shaft may be a runner act.

Wellen, die in axialer Richtung bewegbar oder schwingungsfähig sind, werden beispielsweise bei Vakuumpumpen, insbesondere bei Turbomolekularpumpen, eingesetzt.Waves, which can be moved or vibrated in the axial direction are, for example, in vacuum pumps, in particular turbomolecular pumps, used.

Üblicherweise weist eine Wellenanordnung mindestens zwei Lager zur axialen und/oder radialen Lagerung der Welle auf. Zusätzlich zu diesen Lagern können Dämpfungsvorrichtungen zur Dämpfung von axialen oder radialen Schwingungen vorgesehen sein. Es sind auch Lager bekannt, die gleichzeitig die Funktion einer Dämpfungsvorrichtung erfüllen. Diese Lager können beispielsweise als Magnetlager ausgebildet sein.Usually has a shaft assembly at least two bearings for axial and / or radial bearing of the shaft. In addition to these camps can Damping devices for damping axial or radial vibrations may be provided. There are also known camps at the same time the function of a damping device fulfill. These bearings can, for example, as Magnetic bearings be formed.

Aus DE 44 10 656 ist eine Turbomolekularpumpe mit Permanentmagnetlagerungen bekannt. Diese Pumpe weist als Radiallager Permanentmagnetlager und als Axiallager ein Permanentmagnetlager auf, das in Statorscheiben integriert ist. Das Axial-Magnetlager weist zwei in axialer Richtung einander gegenüberliegende Permanentmagnet auf, zwischen denen eine magnetisch leitfähige Scheibe angeordnet ist. Durch Drehung der zwischen den beiden Permanentmagneten angeordneten Scheibe erfolgt eine Induktion von Wirbelströmen. Hieraus resultiert ein Magnetfeld, so dass eine Axiallagerung realisiert ist. Derartige axiale Permanentmagnetlager weisen jedoch keine Dämpfungseigenschaften auf. Vielmehr handelt es sich ausschließlich um ein zur Lagerung dienendes Kräftegleichgewicht, wobei zur Strominduktion ein Drehen der Scheibe zwischen den beiden Permanentmagneten erforderlich ist.Out DE 44 10 656 is a turbomolecular pump with permanent magnet bearings known. This pump has a permanent magnet bearing as a radial bearing and a permanent magnet bearing as an axial bearing, which is integrated in stator disks. The axial magnetic bearing has two axially opposite each other permanent magnet, between which a magnetically conductive disc is arranged. By rotation of the disk arranged between the two permanent magnets, induction of eddy currents takes place. This results in a magnetic field, so that an axial bearing is realized. However, such axial permanent magnet bearings have no damping properties. Rather, it is exclusively a force equilibrium serving for the storage, whereby a rotation of the disk between the two permanent magnets is required for current induction.

DE 2 253 036 beschreibt eine Stabilisierungseinrichtung für schnellumlaufende Rotoren mit vertikaler Drehachse. Diese können beispielsweise für Molekularpumpen verwendet werden. Es ist eine Lagerebene vorgesehen, die durch ein elektromagnetisches Stellglied gebildet wird, das einen Aufsatz aus ferromagnetischem Material in radialer Richtung umgibt. Das Stellglied ist als Ringspule ausgebildet und wird von einer Regeleinrichtung beeinflusst. Die Abweichungen des Rotors aus seiner exakten zentrierten Lage werden von Fühleinrichtungen oder Sensoren aufgenommen. Die Sensorsignale werden der Regeleinrichtung zugeleitet. Es erfolgt eine Stabilisierung des Rotors in radialer Richtung, wobei in Form der Ringspule eine aktive Komponente verwendet wird, die durch die Regeleinrichtung geregelt wird. DE 2 253 036 describes a stabilizing device for fast rotating rotors with a vertical axis of rotation. These can be used, for example, for molecular pumps. It is provided a bearing plane, which is formed by an electromagnetic actuator surrounding an attachment of ferromagnetic material in the radial direction. The actuator is designed as a toroidal coil and is influenced by a control device. The deviations of the rotor from its exact centered position are absorbed by sensing devices or sensors. The sensor signals are fed to the control device. There is a stabilization of the rotor in the radial direction, wherein in the form of the toroidal coil, an active component is used, which is controlled by the control device.

Nachteilig an der beschriebenen Vorrichtung ist, dass eine aktive Komponente verwendet werden muss, die eine aufwändige Sensorik und Regelelektronik voraussetzt. Für Anwendungen mit sehr hohen Drehzahlen, beispielsweise über 100.000 Umdrehungen pro Minute, kann ferner eine Regelung nicht schnell genug vorgenommen werden, da die Verarbeitung der Daten durch den Prozessor oder weitere Komponenten nicht mit der nötigen Geschwindigkeit erfolgt. Eine Dämpfung von Bewegungen oder Schwingungen bei derart hohen Drehzahlen kann somit durch die beschriebene Vorrichtung nicht realisiert werden. Eine Dämpfung von Axialschwingungen der Welle ist ferner mit der beschriebenen Vorrichtung nicht möglich.adversely on the device described is that an active component must be used, which is a complex sensor and Control electronics requires. For applications with very high speeds, For example, over 100,000 revolutions per minute, can Furthermore, a regulation can not be made fast enough because the processing of data by the processor or other components not done with the necessary speed. A damping of movements or vibrations at such high speeds can thus not realized by the device described. An attenuation of axial vibrations of the shaft is further not possible with the device described.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Axialschwingungen einer Welle zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und auch bei hohen Drehzahlen zuverlässig funktioniert.task The invention is a damping device for damping to create axial vibrations of a shaft that is simple in construction is and works reliably even at high speeds.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.The The object is achieved by the features of claim 1.

Eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Axialbewegungen einer Welle weist eine Welle und ein Fixierelement auf, wobei die Welle relativ zum Fixierelement in axialer Richtung der Welle schwingungsfähig ist. Ferner ist mindestens ein Magnet und ein Ring vorgesehen, der ein elektrisch leitendes Material aufweist. Der Magnet ist vorzugsweise als ringförmiger, radial magnetisierter Permanentmagnet ausgebildet. Der elektrisch leitende Ring ist insbesondere kreisringförmig ausgebildet. Alternativ zu einem Ring kann auch ein Element mit einer anderen geometrischen Form verwendet werden, das einen durch Induktion hervorgerufenen Stromfluss in diesem Element ermöglicht.A Damping device for damping axial movements a shaft has a shaft and a fixing element, wherein the Shaft relative to the fixing in the axial direction of the shaft oscillatory is. Furthermore, at least one magnet and a ring is provided which comprising an electrically conductive material. The magnet is preferably as an annular, radially magnetized permanent magnet educated. The electrically conductive ring is in particular circular educated. Alternatively to a ring can also be an element with to be used in another geometric shape, one through Induction induced current flow in this element allows.

Erfindungsgemäß ist entweder der Magnet mit dem Fixierelement und der Ring mit der Welle verbunden oder der Ring ist mit dem Fixierelement und der Magnet mit der Welle verbunden. Der Ring ist hierbei derart innerhalb des Magnetfeldes des mindestens einen Magneten angeordnet, dass sich durch eine Axialbewegung der Welle relativ zum Fixierelement der Magnetfluss des auf den Ring wirkenden Magnetfeldes ändert und ein Strom im Ring induziert wird. Dieser verursacht ein Dämpfungsmagnetfeld, das auf die Welle eine Kraft ausübt, die der zu dämpfenden Axialbewegung der Welle zumindest teilweise entgegengerichtet ist. Somit wird eine Dämpfung der Axialbewegung der Welle verursacht.According to the invention, either the magnet is connected to the fixing element and the ring is connected to the shaft or the ring is connected to the fixing element and the magnet is connected to the shaft. The ring is in this case arranged within the magnetic field of the at least one magnet that changes by an axial movement of the shaft relative to the fixing of the magnetic flux of the magnetic field acting on the ring and a current is induced in the ring. This causes a Dämpfungsma gnetfeld, which exerts a force on the shaft, which is at least partially opposite to the axial movement of the shaft to be damped. Thus, a damping of the axial movement of the shaft is caused.

Erfindungswesentlich ist, dass die Strominduktion durch ein axiales Verschieben zwischen Ring- und Fixierelement erfolgt. Ein Drehen der Welle ist hierzu wie bei einer axialen Permanentmagnetlagerung entsprechend DE 44 10 666 nicht erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich der Ring und der mindestens eine Magnet bei einer Bewegung des Magnets und/oder des Rings in axialer Richtung, in radialer Richtung überdecken bzw. überlappen. Insbesondere nimmt mit einer steigenden Auslenkung der Welle in axialer Richtung der Grad der Überlappung zu. Dies hat zur Folge, dass der induzierte Strom bezogen auf die axiale Auslenkung der Welle eine nicht lineare Charakteristik aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass durch die Dämpfung dem System Energie entzogen wird. Dies ist bei einer axialen Lagerung durch Permanentmagnete nicht der Fall.Essential to the invention is that the current induction takes place by an axial displacement between the ring and fixing element. A rotation of the shaft is for this purpose as in an axial permanent magnet storage accordingly DE 44 10 666 not mandatory. It is particularly advantageous if the ring and the at least one magnet overlap or overlap in a radial direction when the magnet and / or the ring move in the axial direction. In particular, with an increasing deflection of the shaft in the axial direction, the degree of overlap increases. This has the consequence that the induced current relative to the axial deflection of the shaft has a non-linear characteristic. This ensures that the damping of the system energy is withdrawn. This is not the case with axial support by permanent magnets.

Um in besonders bevorzugter Ausführungsform bei einer Axialbewegung der Welle ein radiales Überdecken bzw. Überlagern des mindestens einen Magnets und des Rings auf einfache Weise realisieren zu können, weist das äußere Element, wie insbesondere der ringförmige Magnet, einen größeren Innendurchmesser als das innere Element, wie insbesondere der mit der Welle verbundene Ring, auf. Dies hat zur Folge, dass der Ring in den Magnet oder Magnet in den Ring eintauchen kann.Around in a particularly preferred embodiment during an axial movement the shaft a radial overlap or overlay realize the at least one magnet and the ring in a simple manner to know, the outer element, in particular, the annular magnet, a larger one Inner diameter than the inner element, such as in particular with the ring connected to the shaft. As a result, the ring can dip into the magnet or magnet in the ring.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist, dass sie lediglich passive Komponenten aufweist. Sensoren zur Erfassung der Bewegungen der Welle müssen nicht verwendet werden. Es wird somit eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Dämpfungsvorrichtung bereitgestellt, die auch eine Dämpfung von sehr schnellen Axialbewegungen einer Welle, vorzugsweise bei Drehzahlen von über 100.000 Umdrehungen pro Minute, ermöglicht. Die Größe des induzierten Stroms im elektrisch leitenden Ring und des dadurch erzeugten Dämpfungsmagnetfeldes ist etwa proportional zur Geschwindigkeit der Axialbewegung der Welle. Dies bedeutet, dass bei einer schnelleren Axialbewegung eine stärkere Dämpfung dieser Bewegung erfolgt. Hierdurch lassen sich besonders wirkungsvoll hochfrequente Schwingungen bedämpfen.Advantageous on the damping device according to the invention is that it has only passive components. Sensors for Detecting the movements of the shaft need not be used become. It will thus be a simple, inexpensive and reliable Damping device provided, which also provides damping of very fast axial movements of a shaft, preferably at Speeds of over 100,000 revolutions per minute. The size of the induced current in the electrically conductive Ring and the damping magnetic field generated thereby is approximately proportional to the speed of the axial movement of the shaft. This means that with a faster axial movement a stronger Damping this movement takes place. This can be done Particularly effective dampen high-frequency vibrations.

Die Welle ist vorzugsweise rotierbar ausgebildet.The Shaft is preferably rotatable.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Magnetfeld des mindestens einen Magneten eine Komponente auf, die den Ring in radialer Richtung durchdringt. Sofern der Magnet mit der Welle verbunden ist, kann dieser beispielsweise die Welle ringförmig umgeben und radial magnetisiert sein. In diesem Fall verläuft das Magnetfeld des Magneten in radialer Richtung von innen nach außen. Umgekehrt kann auch der Ring mit der Welle verbunden sein, wobei das Magnetfeld in radialer Richtung von außen nach innen verläuft und den Ring oder zumindest Teile des Rings ebenfalls in radialer Richtung durchdringt. Auch hier kann der Magnet ringförmig ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the magnetic field of the at least one magnet has a component which forms the ring penetrates in the radial direction. Unless the magnet is connected to the shaft is this, for example, the ring can surround annular and be radially magnetized. In this case, that runs Magnetic field of the magnet in the radial direction from inside to outside. Conversely, the ring may be connected to the shaft, wherein the magnetic field in the radial direction from outside to inside runs and the ring or at least parts of the ring as well penetrates in the radial direction. Again, the magnet can be annular be educated.

Die Mittelachse des Rings kann insbesondere parallel zur Längsachse der Welle verlaufen und besonders bevorzugt mit dieser identisch sein. Die Mittelachse des Rings verläuft in einer kreisringförmigen Ausbildung des Rings durch den Mittelpunkt des Kreises und senkrecht zur Ebene, in der sich der Ring erstreckt.The Central axis of the ring can in particular parallel to the longitudinal axis the wave run and particularly preferably identical to this be. The central axis of the ring extends in an annular Formation of the ring through the center of the circle and perpendicular to the plane in which the ring extends.

Bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung kann der Ring in axialer Richtung der Welle verlängert ausgebildet sein, so dass er beispielsweise hülsenförmig ausgebildet ist oder die Form eines Hohlzylinders aufweist. Auch eine Hülse oder ein Hohlzylinder werden im Sinne der Erfindung als Ring verstanden. Durch eine hülsenförmige Ausbildung des Rings kann eine stärkere Dämpfungswirkung erzielt werden, da der Ring einem größeren Magnetfeld ausgesetzt werden kann, das sich beispielsweise in axialer Richtung über einen größeren Bereich erstreckt und insbesondere durch mehrere Magneten verursacht werden kann.at all embodiments of the invention can the ring is formed extended in the axial direction of the shaft be so that it, for example, sleeve-shaped is or has the shape of a hollow cylinder. Also a sleeve or a hollow cylinder are understood in the context of the invention as a ring. Through a sleeve-shaped design of the ring a stronger damping effect can be achieved because the ring is exposed to a larger magnetic field can be, for example, in the axial direction over extends a larger area and in particular can be caused by several magnets.

In einer bevorzugten Ausführungsform umgibt der Ring die Welle in radialer Richtung.In In a preferred embodiment, the ring surrounds the shaft in the radial direction.

Sofern der Magnet ringförmig ausgebildet ist, kann seine Mittelachse parallel zur Längsachse der Welle verlaufen und insbesondere mit dieser identisch sein.Provided the magnet is annular, can its central axis run parallel to the longitudinal axis of the shaft and in particular be identical with this.

Sofern der Ring mit der Welle verbunden ist, kann der Magnet beispielsweise den Ring in radialer Richtung umgeben. Umgekehrt kann der Ring den Magneten in radialer Richtung umgeben, sofern der Magnet mit der Welle verbunden ist, und somit in radialer Richtung innerhalb des elektrisch leitenden Rings angeordnet ist. Wesentlich bei sämtlichen Ausführungsformen ist, dass der elektrisch leitende Ring innerhalb des Magnetfeldes des Magneten angeordnet ist. Insbesondere ist der elektrisch leitende Ring derart innerhalb des Magnetfeldes angeordnet, dass bei einer Axialbewegung der Welle eine Änderung des Magnetflusses auftritt, der auf den elektrisch leitenden Ring wirkt.Provided the ring is connected to the shaft, the magnet, for example Surround the ring in the radial direction. Conversely, the ring may be the magnet Surrounded in the radial direction, provided the magnet is connected to the shaft is, and thus in the radial direction within the electrically conductive ring is arranged. Essential in all embodiments is that the electrically conductive ring within the magnetic field the magnet is arranged. In particular, the electrically conductive Ring arranged so within the magnetic field that at a Axial movement of the shaft a change in the magnetic flux occurs, which acts on the electrically conductive ring.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mehrere Magnete in axialer Richtung übereinander und insbesondere mit einem axialen Abstand zueinander mit dem Fixierelement oder der Welle verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Verwendung eines hülsenförmigen Rings bevorzugt. Ebenso können mehrere Ringe in axialer Richtung übereinander und insbesondere mit einem axialen Abstand zueinander mit dem Fixierelement oder der Welle verbunden sein.In a preferred embodiment of the invention, a plurality of magnets may be connected one above the other in the axial direction and in particular at an axial distance from one another with the fixing element or the shaft. In this embodiment form, the use of a sleeve-shaped ring is preferred. Likewise, several rings in the axial direction one above the other and in particular with an axial distance from each other with the fixing or the shaft can be connected.

Der elektrisch leitende Ring ist vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wie beispielsweise Kupfer, ausgebildet.Of the electrically conductive ring is preferably made of a non-magnetic Material, such as copper, formed.

Besonders bevorzugt ist zwischen dem Ring und dem Magnet ein Radialspalt ausgebildet.Especially Preferably, a radial gap is formed between the ring and the magnet.

Es ist besonders bevorzugt, dass die Mittelachse des Magneten oder des Rings senkrecht zum Magnetfluss des Magneten verläuft. Weiterhin kann der Magnetfluss des Magneten senkrecht zur Längsachse der Welle verlaufen.It is particularly preferred that the central axis of the magnet or of the ring is perpendicular to the magnetic flux of the magnet. Furthermore, the magnetic flux of the magnet can be perpendicular to the longitudinal axis the wave run.

Die Erfindung betrifft ferner eine Wellenanordnung mit einer Welle und mindestens zwei Lagern zur axialen und/oder radialen Lagerung der Welle. Diese Lager sind insbesondere durch gesonderte Komponenten ausgebildet und damit nicht mit der Dämpfungsvorrichtung identisch. Bei diesen Lagern kann es sich um Lager handeln, die aus dem Stand der Technik zur Lagerung von schnell rotierenden Wellen bekannt sind. Diese Lager können insbesondere als Magnetlager ausgebildet sein. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Wellenanordnung eine Dämpfungsvorrichtung, wie sie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist. Die Verwendung einer separaten Dämpfungsvorrichtung kann bei der Verwendung von Magnetlagern besonders wichtig sein, da Magnetlager abhängig von ihrer konstruktiven Ausgestaltung im Gegensatz zu mechanischen Lagern keine axiale Dämpfung ermöglichen. Bei einer mechanischen Lagerung, beispielsweise durch ein Kugellager, findet dagegen schon konstruktionsbedingt eine Dämpfung in axialer Richtung statt. Es ist festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung keine Kraft in axialer Richtung verursacht, sofern keine Axialbewegung der Welle relativ zum Fixierelement stattfindet. Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung wird somit nicht zur radialen und insbesondere axialen Lagerung der Welle verwendet, da sie nur Axialkräfte aufbringen kann, sofern eine Axialbewegung der Welle stattfindet. Insofern ist es notwendig, neben der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung separate Lager an der Welle vorzusehen.The The invention further relates to a shaft assembly with a shaft and at least two bearings for the axial and / or radial mounting of Wave. These bearings are in particular by separate components trained and thus not with the damping device identical. These bearings can be bearings that from the prior art for the storage of fast rotating waves are known. These bearings can be used in particular as a magnetic bearing be educated. Furthermore, the inventive Shaft assembly, a damping device, as shown in the present application is described. The use of a separate Damping device may be in the use of magnetic bearings be particularly important because magnetic bearings depend on their constructive design in contrast to mechanical bearings do not allow axial damping. In a mechanical Storage, for example, by a ball bearing, however, already finds by design, a damping in the axial direction instead of. It should be noted that the inventive Damping device does not cause any force in the axial direction, unless axial movement of the shaft relative to the fixing takes place. The damping device according to the invention is thus not for radial and axial storage in particular used the shaft, since they only apply axial forces can, if an axial movement of the shaft takes place. insofar it is necessary, in addition to the invention Damping device to provide separate bearings on the shaft.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Dämpfungsvorrichtung, wie sie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, zur Dämpfung von Axialbewegungen einer rotierbaren Welle bei Vakuumpumpen, insbesondere bei Hochvakuumpumpen. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung bei Hochvakuumpumpen ist besonders vorteilhaft, da im Hochvakuum die Dämpfung von Axialschwingungen durch ein Luftpolster, wie sie im Nicht-Vakuum, insbesondere bei hochfrequenten Schwingungen, wegen der vorhandenen Luft stattfindet, nicht vorhanden ist. Somit ist es besonders vorteilhaft, die im Hochvakuum auftretenden Axialschwingungen der Welle durch die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung zu dämpfen.The Invention further relates to the use of a damping device, as described in the present application, for damping of axial movements of a rotatable shaft in vacuum pumps, in particular in high vacuum pumps. The use of the damping device according to the invention in high-vacuum pumps is particularly advantageous because in a high vacuum the damping of axial vibrations through an air cushion, as in non-vacuum, especially in high-frequency vibrations, because of the existing air takes place, does not exist. Consequently it is particularly advantageous, the axial vibrations occurring in a high vacuum the shaft through the damping device according to the invention to dampen.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.in the The following are preferred embodiments of the invention explained with reference to figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1, 3–5 Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung, 1 . 3 - 5 Side views of various embodiments of the damping device according to the invention,

2 eine teilweise geschnittene Ansicht entlang der Linie II-II der 1, und 2 a partially sectioned view along the line II-II of 1 , and

6 eine Ansicht von oben eines radial magnetisierten Magneten, und 6 a top view of a radially magnetized magnet, and

7, 8 geschnittene Schrägansichten des elektrisch leitenden Rings umgeben von einem oder mehreren Ringmagneten. 7 . 8th slanted oblique views of the electrically conductive ring surrounded by one or more ring magnets.

Gemäß 1 weist eine Dämpfungsvorrichtung 10 zur Dämpfung von Axialbewegungen einer Welle 12 eine Welle 12 und ein Fixierelement 14 auf. Das Fixierelement 14 kann beispielsweise das Gehäuse einer Maschine sein oder fest mit diesem Gehäuse verbunden sein. Bei der Maschine kann es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe handeln. Z. B. kann die Dämpfungsvorrichtung in einer Turbomolekularpumpe eingesetzt werden.According to 1 has a damping device 10 for damping axial movements of a shaft 12 a wave 12 and a fixing element 14 on. The fixing element 14 For example, may be the housing of a machine or be firmly connected to this housing. The machine may be, for example, a vacuum pump. For example, the damping device can be used in a turbomolecular pump.

Die Welle 12 ist relativ zum Fixierelement 14 in ihrer axialen Richtung 16 schwingungsfähig oder bewegbar. Hierbei kann es sich um sehr kleine Bewegungen handeln, die beispielsweise konstruktiv bedingt sind und nicht vermieden werden können, da beispielsweise die Lagerung der Welle 12 eine endliche Steifigkeit besitzt. Somit erfolgt eine translatorische Verschiebung zwischen der Welle 12 und dem Fixierelement 14. Die Welle 12 ist in radialer Richtung von einem elektrisch leitenden Ring 20 umgeben, der aus Kupfer ausgebildet sein kann. Der elektrisch leitende Ring 20 ist innerhalb des Magnetfeldes der radial magnetisierten Magneten 18a, 18b, die mit dem Gehäuse 14 verbunden sind, angeordnet. Diese weisen einen axialen Abstand a zueinander auf. Zwischen den Magneten 18a, 18b und dem elektrisch leitenden Ring 20 ist ein Radialspalt 24 ausgebildet. In axialer Richtung 16 können sich die Kanten der Magneten 18a, 18b und die obere und untere Kante des Rings 20 geringfügig überdecken. Alternativ kann auch hier ein kleiner Axialspalt ausgebildet sein. Der Radialspalt 24 ist so bemessen, dass ein Anschlagen des Magneten 18 an den Ring 20 nicht möglich ist, sondern durch nicht dargestellte Einrichtungen verhindert wird. Der Ring 20 liegt jedoch im permanentmagnetischen Fluss der Magneten 18a, 18b. Das Magnetfeld der Magnete 18a, 18b ist auf der linken Seite der 1 beispielhaft dargestellt.The wave 12 is relative to the fixing element 14 in its axial direction 16 oscillatory or movable. These may be very small movements, which are, for example, constructive and can not be avoided because, for example, the bearing of the shaft 12 has a finite rigidity. Thus, there is a translational displacement between the shaft 12 and the fixing element 14 , The wave 12 is in the radial direction of an electrically conductive ring 20 surrounded, which may be formed of copper. The electrically conductive ring 20 is within the magnetic field of the radially magnetized magnets 18a . 18b that with the case 14 are connected, arranged. These have an axial distance a from each other. Between the magnets 18a . 18b and the electrically conductive ring 20 is a radial gap 24 educated. In the axial direction 16 can be the edges of the magnets 18a . 18b and the top and bottom edges of the ring 20 cover slightly. Alternatively, a small axial gap can also be formed here. The radial gap 24 is such that an An hit the magnet 18 to the ring 20 is not possible, but is prevented by means not shown. The ring 20 however, lies in the permanent magnetic flux of the magnets 18a . 18b , The magnetic field of the magnets 18a . 18b is on the left side of the 1 exemplified.

Die Welle 12 ist um ihre Mittelachse 26 rum rotierbar. Durch die Rotation der Welle treten Schwingungen in axialer Richtung 16 auf. Die Magneten 18a, 18b können auch in axialer Richtung durchgehend ausgebildet sein, so dass lediglich ein Magnet 18 den Ring 20 umgibt.The wave 12 is around its central axis 26 rotatable around. The rotation of the shaft causes vibrations in the axial direction 16 on. The magnets 18a . 18b can also be formed continuously in the axial direction, so that only a magnet 18 The ring 20 surrounds.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind somit der Ring 20 mit der Welle 12 und der Magnet 18 mit dem Fixierelement 14 verbunden. Der Ring 20 ist hierbei derart innerhalb des Magnetfeldes der Magneten 18a, 18b angeordnet, dass sich durch eine Axialbewegung der Welle 12 relativ zum Fixierelement 14 der Magnetfluss des auf den Ring 20 wirkenden Magnetfeldes ändert und ein Strom im Ring 20 induziert wird, der ein Dämpfungsmagnetfeld verursacht. Dieses Dämpfungsmagnetfeld übt auf die Welle 12 eine Kraft aus, die der Axialbewegung der Welle 12 entgegengerichtet ist, so dass eine Dämpfung der Axialbewegung der Welle 12 erfolgt. Dieser Sachverhalt wird besonders bei der Betrachtung der 7 deutlich. Hierin ist eine Ausführungsform dargestellt, in der der elektrisch leitende Ring 20 in radialer Richtung innerhalb eines Magneten 18 angeordnet ist. Wie im Folgenden im Zusammenhang mit 8 erläutert wird, können auch mehrere Magneten verwendet werden. Gemäß 7 ist der insbesondere ringförmig ausgestaltete Magnet 18 radial magnetisiert. Das Magnetfeld ist in 7 skizziert. Bewegt sich der elektrisch leitende Ring 20 im Magnetfeld beispielsweise nach oben, d. h. in Richtung ν →, dann fließt im Inneren des Ringes 20 ein Strom in Richtung des Pfeils I. Dieser verursacht ein Dämpfungsmagnetfeld, welches in Zusammenwirkung mit dem vorhandenen Permanentmagnetfeld des Magneten 18 eine Kraft F → verursacht, die der Axialbewegung der Welle 12, die mit dem elektrisch leitenden Ring 20 verbunden ist, entgegengerichtet ist. Das Dämpfungsmagnetfeld ist in 7 gestrichelt dargestellt.In the illustrated embodiment, thus, the ring 20 with the wave 12 and the magnet 18 with the fixing element 14 connected. The ring 20 is in this case within the magnetic field of the magnet 18a . 18b arranged that by an axial movement of the shaft 12 relative to the fixing element 14 the magnetic flux of the on the ring 20 acting magnetic field changes and a current in the ring 20 is induced, which causes a damping magnetic field. This damping magnetic field exerts on the shaft 12 a force out, the axial movement of the shaft 12 is opposite, so that a damping of the axial movement of the shaft 12 he follows. This fact becomes particularly with the consideration of the 7 clear. Here is shown an embodiment in which the electrically conductive ring 20 in the radial direction within a magnet 18 is arranged. As related to below 8th is explained, also several magnets can be used. According to 7 is the particular ring-shaped magnet 18 radially magnetized. The magnetic field is in 7 outlined. Moves the electrically conductive ring 20 in the magnetic field, for example, upwards, ie in the direction ν →, then flows inside the ring 20 a current in the direction of the arrow I. This causes a damping magnetic field, which in cooperation with the existing permanent magnetic field of the magnet 18 a force F → causes the axial movement of the shaft 12 connected to the electrically conductive ring 20 is connected, is opposite. The damping magnetic field is in 7 shown in dashed lines.

Gemäß 8 sind zwei Magneten 18a, 18b vorgesehen, wobei der elektrisch leitende Ring, der im vorliegenden Fall insbesondere als Hülse 20 ausgebildet sein kann, im inhomogenen Teil der Feldlinien der Magnete 18a, 18b angeordnet ist. Wird die Hülse in axialer Richtung verschoben, erfolgt, wie bereits erläutert, durch die Flussdichteänderung im Material der Hülse 20 ein Stromfluss I in umlaufender Richtung. Hierbei wird ebenfalls bei einer Auslenkung in Richtung ν → eine Dämpfungskraft in Richtung F → erzeugt.According to 8th are two magnets 18a . 18b provided, wherein the electrically conductive ring, in the present case, in particular as a sleeve 20 may be formed in the inhomogeneous part of the field lines of the magnets 18a . 18b is arranged. If the sleeve is displaced in the axial direction, takes place, as already explained, by the flux density change in the material of the sleeve 20 a current flow I in the circumferential direction. In this case, a damping force is also generated in the direction F → in the case of a deflection in the direction ν →.

In 2 ist zu erkennen, wie der Ring 20 die Welle 12 in radialer Richtung umgibt.In 2 is to recognize how the ring 20 the wave 12 surrounds in the radial direction.

Bei den Ausführungsformen gemäß den 3 bis 5 ist der Magnet 18 durch einen oder mehrere Permanentmagneten ausgebildet. In ihrer prinzipiellen Funktionsweise entsprechen auch diese Ausführungsformen der bisher beschriebenen Dämpfungsvorrichtung.In the embodiments according to the 3 to 5 is the magnet 18 formed by one or more permanent magnets. In their basic operation, these embodiments also correspond to the damping device described so far.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 sind mehrere, insbesondere ringförmige Magneten 18a, 18b, 18c, 18d vorgesehen, die mit dem Gehäuse 14 verbunden sind. Prinzipiell ist es nur notwendig, einen Magneten 18a vorzusehen, wobei der Dämpfungseffekt durch Vorsehen von zwei oder mehr Magneten verstärkt werden kann. Der Ring 20 ist hierbei hülsenförmig ausgebildet und weist insbesondere die Form eines Hohlzylinders auf. Innerhalb dieses Hohlzylinders 20 ist die Welle 12 angeordnet und mit diesem fest verbunden. Das Magnetfeld der beiden ersten Magneten 18a, 18b ist in 3 beispielhaft skizziert. Entsprechend können die Magnetfelder der weiteren Magneten 18c, 18d ausgebildet sein. Auch hier weisen die einzelnen Magneten 18a, 18b, 18c, 18d einen axialen Abstand a zueinander auf. Die Anzahl der verwendeten Magneten ist nur beispielhaft. Alternativ können mehr oder weniger Magnete verwendet werden.In the embodiment according to 3 are several, especially annular magnets 18a . 18b . 18c . 18d provided with the housing 14 are connected. In principle, it is only necessary to use a magnet 18a provide, wherein the damping effect can be reinforced by providing two or more magnets. The ring 20 is in this case sleeve-shaped and has in particular the shape of a hollow cylinder. Within this hollow cylinder 20 is the wave 12 arranged and firmly connected with this. The magnetic field of the first two magnets 18a . 18b is in 3 outlined as an example. Accordingly, the magnetic fields of the other magnets 18c . 18d be educated. Again, the individual magnets 18a . 18b . 18c . 18d an axial distance a to each other. The number of magnets used is only an example. Alternatively, more or fewer magnets can be used.

Gemäß 4 ist ein Magnetring 18 mit der Welle 12 verbunden und in radialer Richtung 22 innerhalb der zwei elektrisch leitenden Ringe 20a, 20b angeordnet, die mit dem Gehäuse 14 verbunden sind. Der Magnet 18 ist hierbei kreisringförmig ausgebildet und, wie in 6 dargestellt, radial magnetisiert.According to 4 is a magnetic ring 18 with the wave 12 connected and in the radial direction 22 within the two electrically conductive rings 20a . 20b arranged with the housing 14 are connected. The magnet 18 is here annular and, as in 6 represented, radially magnetized.

In der Ausführungsform gemäß 5 sind mehrere Magneten 18a, 18b, 18c, 18d mit der Welle 12 verbunden und in radialer Richtung 22 nach außen von einer Hülse 20 (linke Seite der 5) oder in einer alternativen Ausführungsform von mehreren Hülsen 20a bis 20e (rechte Seite der 5) umgeben. In der rechten Seite der 5 weisen die Hülsen 20a bis 20e zueinander einen Abstand a auf. Im linken Teil der 5 ist der elektrisch leitende Ring 20 zu einer Hülse erweitert. Die Anzahl der verwendeten Magneten kann auch hier variiert werden, muss jedoch mindestens eins betragen. Im rechten Teil der 5 sind die Magneten 18a bis 18d sowie die elektrisch leitenden Ringe 20a bis 20e in axialer Richtung vorzugsweise diskret voneinander getrennt.In the embodiment according to 5 are several magnets 18a . 18b . 18c . 18d with the wave 12 connected and in the radial direction 22 to the outside of a sleeve 20 (left side of the 5 ) or in an alternative embodiment of multiple sleeves 20a to 20e (right side of the 5 ) surround. In the right side of the 5 show the sleeves 20a to 20e to each other at a distance a. In the left part of the 5 is the electrically conductive ring 20 extended to a sleeve. The number of magnets used can also be varied here, but must be at least one. In the right part of the 5 are the magnets 18a to 18d and the electrically conductive rings 20a to 20e preferably separated discreetly in the axial direction.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 4410656 [0005]
- DE 2253036 [0006]
- DE 4410666 [0012]

Claims

Damping device for damping axial movements of a shaft ( 12 ), with a wave ( 12 ) and a fixing element ( 14 ), where the wave ( 12 ) relative to the fixing element ( 14 ) in its axial direction ( 16 ) is oscillatory, at least one magnet ( 18 ) and a ring ( 20 ) having an electrically conductive material, wherein either the magnet ( 18 ) with the fixing element ( 14 ) and the ring ( 20 ) with the wave ( 12 ), or the ring ( 20 ) with the fixing element ( 14 ) and the magnet ( 18 ) with the wave ( 12 ), and the ring ( 20 ) within the magnetic field of the at least one magnet ( 18 ) is arranged, that by an axial movement of the shaft ( 12 ) relative to the fixing element ( 14 ) the magnetic flux of the ring ( 20 ) and a current in the ring ( 20 ) which causes a damping magnetic field to be applied to the shaft ( 12 ) exerts a force corresponding to the axial movement of the shaft ( 12 ) is opposite and a damping of the axial movement of the shaft ( 12 ) caused.

Damping device according to claim 1, characterized in that the magnetic field ( 18 ) has a component that the ring ( 20 ) in the radial direction ( 22 ) penetrates.

Damping device according to claim 1 or 2, characterized in that the magnet ( 18 ) as a permanent magnet ( 18a . 18b ) is trained.

Damping device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the central axis ( 28 ) of the ring ( 20 ) parallel to the longitudinal axis ( 26 ) the wave ( 12 ) and in particular is identical to this.

Damping device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ring ( 20 ) the wave ( 12 ) in the radial direction ( 22 ) surrounds.

Damping device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one magnet ( 18 ) is annular and its central axis in particular parallel to the longitudinal axis ( 26 ) the wave ( 12 ) runs.

Damping device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality of magnets ( 18 ) in the axial direction ( 16 ) one above the other and in particular at a distance (a) from each other with the fixing element ( 14 ) or the wave ( 12 ) are connected.

Damping device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of rings ( 20 ) in the axial direction ( 16 ) one above the other and in particular at a distance (a) from each other with the fixing element ( 14 ) or the wave ( 12 ) are connected.

Damping device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ring ( 20 ) is sleeve-shaped or formed as a hollow cylinder.

Damping device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ring ( 20 ) is formed of a non-magnetic material, in particular copper.

Damping device according to one of claims 1 to 10, characterized in that between the ring ( 20 ) and the magnet ( 18 ) a radial gap ( 24 ) is trained.

Damping device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the magnet ( 18 ) The ring ( 10 ) in the radial direction ( 22 ) or vice versa.

Damping device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the central axis of the magnet ( 18 ) or the ring ( 20 ) perpendicular to the magnetic flux of the magnet ( 18 ) runs.

Damping device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the magnetic flux of the magnet ( 18 ) perpendicular to the longitudinal axis ( 26 ) the wave ( 12 ) runs.

Shaft arrangement, with a shaft ( 12 ), at least two bearings for the axial and / or radial support of the shaft ( 12 ) and a damping device ( 10 ) according to one of claims 1 to 14.

Use of a damping device according to one of Claims 1 to 14 for damping axial vibrations of a rotatable shaft ( 12 ) a vacuum pump, in particular a high vacuum pump such as a turbomolecular pump.