EP2772651B1 - Pumpe - Google Patents

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EP2772651B1
EP2772651B1 EP14154409.8A EP14154409A EP2772651B1 EP 2772651 B1 EP2772651 B1 EP 2772651B1 EP 14154409 A EP14154409 A EP 14154409A EP 2772651 B1 EP2772651 B1 EP 2772651B1
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EP
European Patent Office
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coolant
pump
side channel
channel
circuit
Prior art date
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Active
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EP14154409.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2772651A3 (de
EP2772651A2 (de
Inventor
Dr. Aleksandr Shirinov
Wolfgang Söhngen
Torsten Gogol
Sebastian Oberbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
Publication of EP2772651A2 publication Critical patent/EP2772651A2/de
Publication of EP2772651A3 publication Critical patent/EP2772651A3/de
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Publication of EP2772651B1 publication Critical patent/EP2772651B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00—Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008—Regenerative pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168—Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
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    • F04D25/00—Pumping installations or systems
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/5813—Cooling the control unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the invention relates to a pump having at least one side channel pumping stage, which comprises a side channel delimited by at least one stator element.
  • the invention relates generally to the field of pumps, and more particularly to the field of vacuum pumps.
  • the invention is not limited to vacuum pumps. All designs generally referring to pumps also apply to vacuum pumps.
  • a vacuum pump with a side channel pumping stage typically additionally includes a motor for rotationally driving a rotor element of the side channel pumping stage, and drive electronics for driving the motor.
  • a disadvantage of known vacuum pumps of the aforementioned type is that their actual performance data generally remain well behind the theoretically expected performance data and the performance of the vacuum pumps deteriorates over time.
  • the vacuum pumps require relatively frequent maintenance and, overall, have a limited service life, which reduces the economics of known vacuum pumps.
  • the maintenance and failure susceptibility of the vacuum pumps can be attributed to the high temperatures occurring during the operation of the vacuum pumps, which due to the associated thermal load in the medium and long term lead to an impairment of the functioning of the temperature-sensitive pump components.
  • the object of the invention is therefore to provide a pump, in particular a vacuum pump, which has a high performance and at the same time a reduced maintenance and failure susceptibility, which can be operated permanently and reliably without restriction of their functionality and which has a long service life.
  • the pump includes at least one side channel pumping stage having a side channel defined by at least one stator element.
  • the pump further comprises a coolant circuit for cooling the pump with a coolant, wherein the coolant circuit has at least one coolant channel for the side channel pumping stage which is delimited at least in regions by the stator element.
  • the thermal energy caused by the pumping mechanism of the side channel pumping stage is effectively dissipated, so that excessive heating and thermal stress of the pump caused thereby and deteriorating the performance expected life of the pump is avoided.
  • a pump is provided whose performance at least approximately corresponds to the theoretically expected performance and which achieves high reliability in operation and a long service life.
  • the pump comprises a plurality of side channel pumping stages, each of which comprises a side channel defined by at least one stator element.
  • the side channel pumping stages can be connected to one another in series and / or in parallel with gas.
  • a Powerful pump may in principle comprise one or two or more than two interconnected side channel pumping stages.
  • the coolant circuit comprises in each case at least one coolant channel for each side channel pumping stage, the coolant channels each being delimited by the stator element which delimits the side channel of the respective side channel pumping stage. This ensures effective cooling of the stator elements of all side channel pump stages.
  • the coolant circuit is designed for cooling at least one further component of the pump.
  • the further component may be a motor, which is used in particular for the rotational driving of a rotor element of the side channel pumping stage, or to a drive electronics, which is designed in particular for driving the preferably designed as an electric motor motor.
  • the drive electronics can also be used to evaluate signals that are supplied by sensors of the pump, for example, from a temperature sensor explained below.
  • the further component may be a high vacuum pumping stage such as a Holweck pumping stage, a turbomolecular pumping stage, a Gaedepumphand, a Siegbahnpumpprocess or Wiengewindepumpesti, which may be provided in addition to the side channel pumping stage and their performance can be improved by the cooling also.
  • a high vacuum pumping stage such as a Holweck pumping stage, a turbomolecular pumping stage, a Gaedepumpcut, a Siegbahnpumpprocess or Heilgewindepumpesti, which may be provided in addition to the side channel pumping stage and their performance can be improved by the cooling also.
  • the further component may also be a housing of the pump.
  • the further component may also include a bearing plate of the pump.
  • a bearing plate of the pump can be arranged for example in the region of a rolling bearing of the pump, with which a rotor shaft of the pump, on which the rotor element of the side channel pumping stage is arranged, is rotatably mounted on the pump housing.
  • the bearing plate can be designed to fix an outer ring of the rolling bearing in the direction of the axis of rotation so as to be displaceable on the housing of the vacuum pump.
  • the bearing plate can be screwed in particular firmly with the stator of the sokanalpumplay. In this embodiment results a strong thermal coupling of the bearing plate with the stator, so that by cooling the bearing plate, the cooling of the Accordingkanalpumptreatment supported and thus the cooling can be improved overall. It can also be cooled by the coolant circuit two bearing plates of the pump, for example, the different rolling bearings of the pump are assigned.
  • the coolant circuit comprises a further coolant channel for the further component.
  • a further coolant channel direct cooling of the other component can be effected.
  • the respective coolant channel can be limited to at least partially by the respective component.
  • at least partially limited is understood in the present disclosure in principle that the coolant channel is limited over at least part of its preferably closed flow cross-section through the respective component.
  • the respective coolant channel can also be delimited over its entire flow cross-section by the respective component.
  • the coolant channel for the drive electronics is delimited at least in regions by a particularly heat-conducting and / or metallic plate or cooling plate on which the drive electronics are fastened by a preferably thermally conductive connection.
  • the further coolant channel may be connected to the coolant channel for the side channel pumping stage in series or in parallel with coolant.
  • the coolant flow and the cooling effect caused thereby can be specifically adapted to the requirements of the side channel pumping stage and the respective further component or components.
  • the pump components to be cooled can be arranged along the various coolant channels in such a way that overall a cooling effect corresponding to the respective requirements is achieved.
  • a coolant channel may be provided which is at least partially bounded by the bearing plate and which is preferably connected coolant-conducting with a coolant channel for the side channel pumping stage.
  • a coolant channel for the side channel pumping stage which extends over substantially the entire length of Side channels of the pumping stage extends and is located in close proximity to the side channel and at the same time accessible via the bearing plate from the outside and thus can be integrated in a structurally simple manner in the coolant circuit.
  • both the motor and the drive electronics are each cooled by a coolant channel which is limited at least partially by the motor or a cooling plate for the drive electronics, wherein the channel for the motor and the channel for the drive electronics are preferably connected in series with each other coolant ,
  • a coolant-conducting series connection is provided between a first coolant channel for the side channel pumping stage and for the high-vacuum pumping stage and a second coolant channel for the drive electronics and for the motor.
  • the second coolant channel preferably comprises a coolant channel, which is delimited at least in regions by a cooling plate for the drive electronics, and a coolant channel following it in the coolant flow direction, which is delimited at least partially by the engine.
  • the first coolant channel preferably follows in the coolant flow direction to the second channel and is at least partially limited by the side channel pumping stage.
  • the high vacuum pumping stage can either have its own coolant channel and delimit it at least in regions, or it can be cooled indirectly via the coolant channel for the side channel pumping stage in the manner described below.
  • a modification of the above embodiment provides that the coolant channel for the engine is arranged in the flow direction of the coolant in front of the coolant channel for the drive electronics.
  • a further embodiment provides that a coolant channel for the motor and for the drive electronics on the one hand and a coolant channel for the side channel pumping stage and for the high vacuum pumping stage on the other hand are connected in parallel with each other.
  • the further component in particular the high vacuum pumping stage, can also be cooled indirectly by being thermally conductively connected to the at least one stator element of the side channel pumping stage or another, third pump component, which in turn is directly cooled by the coolant circuit, ie which at least partially surrounds a coolant channel of the coolant circuit limited, or which is also cooled indirectly by the refrigerant circuit.
  • the flow cross sections of the two channels and thus their hydraulic conductance are preferably adapted so that there is a desired distribution of the coolant to the two channels.
  • At least one, in particular adjustable, orifice is provided in the coolant circuit, which limits a flow cross section for the coolant.
  • the aperture can be arranged in particular in one of at least two parallel-connected coolant channels. The hydraulic conductivity of the respective channel can then be flexibly adapted to the respective conditions.
  • a further embodiment provides that at least one temperature sensor is provided for measuring the temperature of the side channel pumping stage.
  • This makes it possible to monitor the temperature of the sokanalpumpprocess during operation and, for example, the operation of the sokanalpumpprocess and / or the coolant circuit depending on the measured temperature of the vacuum pump to control so that the side channel pump is always operated in a favorable temperature range.
  • the at least one temperature sensor is preferably arranged between the coolant channel and the side channel of the side channel pumping stage and / or in the vicinity of a gas outlet of the side channel pumping stage.
  • the temperature sensor can also be arranged on a bearing holder or on a bearing plate of a rotary bearing of the pump and can measure the temperature of the bearing holder or the bearing plate, wherein the bearing holder and / or the bearing plate can be cooled by the coolant circuit.
  • the coolant channel extends over at least approximately the entire length of the side channel. This ensures a particularly effective removal of the heat generated in the side channel, since the heat is dissipated directly everywhere.
  • the coolant channel may be delimited at least approximately along its entire length by the at least one stator element at least in regions.
  • the coolant channel may extend over at least 60%, preferably at least 75% and most preferably at least 90% of the angular range defined with respect to a rotational axis of the side channel pumping stage which is covered by the side channel and which may include a full 360 ° turn.
  • the side channel and / or the coolant channel in this case preferably extend at least in regions in a circle around the axis of rotation.
  • a particularly effective cooling of the side channel pumping stage is achieved if the coolant channel, relative to the axis of rotation of the side channel pumping stage, is spaced from the side channel in the radial direction at least over part of its length.
  • the coolant channel is arranged over at least approximately its entire length in the immediate vicinity of the side channel.
  • the effectiveness of the cooling of the side channel pumping stage is further increased.
  • the coolant channel has a shortest distance from the side channel over its length, which is at most 50%, preferably at most 25% and particularly preferably at most 15% of the maximum distance of the side channel from the axis of rotation.
  • a particularly simple construction of the pump results when the side channel and / or the coolant channel is delimited by at least two stator elements over at least part of its length, which preferably abut one another and are connected to one another, in particular by screwing.
  • the stator can then be provided a groove which corresponds to the side channel, and / or a groove which corresponds to the coolant channel, and which together with another groove or a flat surface of the other stator the boundary for the side channel and for the Coolant channel forms.
  • the two stator elements can lie substantially flat against each other, whereby a connection sealing the coolant channel between the two stator elements can be created.
  • a stator element may in each case be configured substantially disk-shaped, wherein the disk plane is preferably oriented substantially perpendicular to the rotational axis of the side channel pumping stage and wherein the surface of the disk bordering the respective side or coolant channel is preferably formed by a flat side of the disk and the two disks especially abut each other on their flat sides and are connected to each other.
  • a particularly elastic sealing element between the at least two stator elements may be provided, on which the two stator elements can bear sealingly.
  • the sealing element may, for example, be formed as an O-ring, which preferably sealingly connects a closed annular surface of one stator element with a closed annular surface of the other stator element, around the coolant channel and the side channel located on different sides of the annular surfaces may be arranged to seal against each other.
  • the O-ring may be disposed between the coolant passage and the side passage in the radial direction related to the rotational axis. There may also be at least one further O-ring which seals the coolant channel and / or the side channel with respect to the region outside the stator elements delimiting the two channels.
  • the coolant inlet of the coolant channel is arranged in the vicinity of a gas outlet of the side channel pumping stage and / or the coolant outlet of the coolant channel is arranged in the vicinity of a gas inlet of the side channel pumping stage.
  • the coolant inlet and / or the coolant outlet can also be arranged at a location other than that specified above.
  • the direction in which the coolant in the coolant channel in the operation of the pump around the axis of rotation of the side channel pumping stage around can flow opposite to the direction in which the gas flows through the side channel of the associated side channel pumping stage. This achieves a cooling effect which effectively compensates for the gradient of heat generation along the side channel caused by the increased heat generation in the region of the gas outlet and the lower heat generation in the region of the gas inlet. In principle, however, the coolant and the gas can also flow in the same direction around the axis of rotation of the side channel pumping stage.
  • the side channels of different side channel pumping stages can be arranged consecutively in the radial direction and / or in the axial direction relative to the axis of rotation of the at least one side channel pumping stage.
  • a side channel may be delimited by at least two, in particular disc-shaped, stator elements.
  • a stator element may also define a plurality of different side channels and thus constitute a common stator element for more than one side channel pumping stage.
  • a stator element may also define a plurality of different coolant channels each associated with one of a plurality of side channels defined by the respective stator element.
  • At least one disk-shaped stator element on its two opposite flat sides each have a groove bounding a side channel and / or the stator element may each have on both sides a groove delimiting a coolant channel for a side channel pumping stage.
  • the two side channels and / or coolant channels bounded by the stator element can be connected to one another in a gas-conducting or coolant-conducting manner by a corresponding connecting channel formed in the stator element.
  • At least two coolant channels of different side channel pumping stages are connected to each other with coolant.
  • the Coolant channels can in this case be connected in series so that they are flowed through in series by the coolant.
  • the coolant channels can also be connected to one another in parallel and through which the coolant flows in parallel.
  • the flow in the two coolant channels can be independently regulated, for example by appropriate adjustment of the flow cross-section and / or the arrangement of a diaphragm in a respective coolant channel, so that the cooling of the individual side channel pumping stages can be flexibly adapted to the thermal load For example, to adapt the cooling to different load cases, in particular to the final pressure to be generated or the resulting gas load.
  • At least two coolant channels of different, in particular in the axial or radial direction immediately consecutive, sokanalpumpmeasuren extend from their respective coolant inlet in opposite directions about an axis of rotation of the sokanalpump processn around to their respective coolant outlet.
  • a structurally particularly simple arrangement is achieved, since the different coolant channels or the stator elements bounding them can be constructed substantially identically and arranged congruently to each other.
  • the coolant channels may each have a profile oriented around the rotational axis of the side channel pumping stage and cover each approximately the entire angular range related to the rotational axis of the side channel pumping stage, wherein a relatively small angular range between the coolant inlet and the coolant outlet can not be covered by the channel and thus remain free.
  • a relatively small angular range between the coolant inlet and the coolant outlet can not be covered by the channel and thus remain free.
  • the coolant channels may overlap at least partially. The overlapping angle ranges can then be used for other components of the pump or the coolant circuit.
  • a return passage of the coolant circuit may be provided, which passes through a plurality of stator elements which define the side channels of the side channel pumping stages.
  • the return passage for the coolant may be disposed in the above-described overlapping angle range remaining free between the inlets and the outlets of the various side channel pumping stages.
  • a coolant circuit is understood to mean both a closed circuit for the coolant and a section for the coolant between a coolant inlet and a coolant outlet, which can be completed by connecting the inlet and the outlet to one another in a closed circuit.
  • the coolant circuit may comprise, especially in the case of a closed coolant circuit, a coolant pump with which the coolant can be driven in the circuit, and / or a cooling unit or a heat exchanger with which the coolant can be cooled.
  • the coolant pump and / or the heat exchanger may be formed as part of the pump or externally connectable to a corresponding coolant inlet and coolant outlet of the pump.
  • the coolant circuit is coupled heat-exchanging via at least one heat-conducting element with a further coolant circuit.
  • the cooling of the coolant circuit which comprises the limited by the stator of the Sokanalpumpprocess coolant channel and which is also referred to as a primary circuit, takes place through the further coolant circuit, which is also referred to as a secondary circuit, via the heat-conducting element.
  • the further coolant circuit may be connected, for example, via a coolant inlet and a coolant outlet of the pump to an external coolant pump and / or an external coolant aggregate or heat exchanger.
  • the heat exchanging element may in particular be formed by a plate on which the drive electronics are arranged and which exchanges the heat between the two coolant circuits and for this purpose preferably at least partially delimits a coolant channel of both circuits.
  • This cooling plate can have a relatively large surface and thus ensure effective heat exchange.
  • a liquid-gas heat exchanger for example a water-air heat exchanger, be provided, which for cooling a liquid coolant in the primary circuit or a liquid coolant in an existing secondary circuit heat exchange between the liquid coolant and a outside of the primary circuit or Secondary circulation and in particular outside of the pump existing gas, eg the ambient air causes.
  • the above embodiment has the advantage that the primary circuit as a closed, formed as part of the pump circuit, for example, with a corresponding coolant pump, can be configured without the same time a coolant unit or an excessively large heat exchanger must be integrated into the pump.
  • a corrosion-resistant coolant can be used, which is particularly well suited for the direct cooling of the affected components, without e.g. due to an external connection of the coolant circuit there is the risk of leakage losses or the accidental use of an unsuitable coolant.
  • the secondary circuit can be operated with water as the coolant, which can be supplied from outside the pump, so that coolant losses in the connection area of this circuit are unproblematic.
  • the at least one stator element is made of a material which is a metal material which can be produced by casting or cast and / or an aluminum or an aluminum alloy, at least regionally and in particular in the region of a surface defining the coolant channel.
  • a bearing plate or a coolant channel of the coolant circuit defining surface of the bearing plate may be formed of such a material.
  • the coolant of the coolant circuit for the side channel pumping stage which may be formed by a primary circuit as described above, is preferably liquid.
  • the coolant is preferably a corrosion-resistant coolant over the material of the stator element, which may be one of the aforementioned materials.
  • the coolant may contain or consist of glycol or a glycol mixture, an oil, in particular a polychlorinated biphenyl (PCB), a liquid sodium such as NaK-78 or an ethanol.
  • the coolant may also contain or consist of water.
  • a secondary circuit as described above it preferably also contains a liquid coolant which in particular contains or consists of water.
  • the secondary circuit may in principle also be a gaseous coolant, such as e.g. Contain air.
  • the pump may include one or more high vacuum pump stages, with a high vacuum pump stage e.g. may be formed by a Holweckpumpcut, a turbomolecular pumping stage, a Gaedepumpprocess, a Siegbahnpumpprocess or a Wiengewindepumpprocess.
  • the one or more high-vacuum pumping stages are preferably arranged upstream of the side-channel pumping stage and upstream of the latter.
  • Another object of the invention is a pump with at least one side channel pumping stage, which comprises a limited by at least one stator side channel, with a motor, with a drive electronics for the engine and with a coolant circuit for cooling the vacuum pump with a coolant, wherein the coolant circuit at least a first Coolant channel for the side channel pumping stage and at least a second coolant channel for the engine and / or for the drive electronics comprises.
  • the drive electronics can be arranged in addition to the control of the motor for the evaluation of signals from sensors of the vacuum pump such. a temperature sensor as described above.
  • the first coolant channel and the second coolant channel may be connected in a coolant-conducting manner in series or in parallel with one another.
  • a coherent coolant circuit for the mentioned components can be achieved, which can be realized with little effort, wherein the cooling effect exerted on the respective components can be specifically adapted to the respective requirements by the corresponding serial or parallel coolant-conducting connection.
  • Fig. 1 shows a vacuum pump 10 according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • the vacuum pump 10 includes a side channel pumping stage 12 having at least one stator element 14, an electric motor 22 for rotatably driving a rotor element of the side channel pumping stage 12, a cooling plate having drive electronics 20 for the motor 22 and a high vacuum pumping stage 24 thereon.
  • the pump 10 further includes a coolant circuit 25 which includes a coolant inlet 44 accessible from outside the pump 10 and a coolant outlet 46 of the vacuum pump 10 accessible from outside the pump 10, wherein inlet 44 and outlet 46 communicate with each other via coolant channels 18, 26 of the coolant circuit 25 are connected.
  • the arrowheads in Fig. 1 indicate the direction of coolant flow from the inlet 44 to the outlet 46.
  • the coolant channel 18 serves for cooling the side channel pumping stage 12 and is delimited at least in regions by the stator element 14 of the side channel pumping stage 12.
  • the high vacuum pumping stage 24 can be cooled indirectly via the side channel pumping stage 12, to which it is connected in a heat-conducting manner.
  • the cooling of the high-vacuum pumping stage 24 can in principle also take place via a bearing plate of the vacuum pump and / or via the housing the vacuum pump.
  • the coolant channel 26 serves to cool the motor 22 and the cooling plate with the drive electronics 20 and has two longitudinally connected coolant sections connected in series, of which at least partially by the electric motor 22 and the other at least partially limited by the cooling plate 20.
  • the coolant channel 18 and the coolant channel 26 are in each case brought together in the region of the inlet 44 and the outlet 46 and are thus connected to one another in parallel coolant-conducting manner.
  • Fig. 2 shows a vacuum pump 10 according to another embodiment of the invention in a schematic representation.
  • vacuum pump 10 corresponds to the in Fig. 1 shown vacuum pump 10, wherein in the in Fig. 2
  • the outlet of the coolant channel 26 for the motor 22 and the cooling plate with the drive electronics 20 is connected in a coolant-carrying manner to the inlet of the coolant channel 18 for the side channel pumping stage 12, so that the channels 26, 18 are connected in series.
  • Fig. 3 shows a vacuum pump 10 according to another embodiment of the invention in a schematic representation.
  • vacuum pump 10 substantially corresponds to the in Fig. 2 shown vacuum pump 10, wherein in the in Fig. 3 shown embodiment of the coolant circuit 25 is not disposed between a coolant inlet and a coolant outlet of the pump 10. Instead, the coolant circuit 25 is formed as a closed circuit and includes a coolant pump 54, with which the coolant in the in Fig. 3 characterized by the arrowheads sense of rotation can be driven.
  • the pump 10 also includes a secondary coolant circuit 42 that communicates from outside the vacuum pump 10 via a corresponding one Coolant inlet 44 and coolant outlet 46 is accessible.
  • the secondary coolant circuit 42 comprises a coolant channel 58 at least partially delimited by the cooling plate 20 for the drive electronics.
  • the coolant circuits 25 and 42 are thus connected to one another via the cooling plate 20 so that the cooling plate 20 serves as a heat exchanger between the two coolant circuits 25, 42 ,
  • a coolant source is connected to the inlet 44 and the outlet 46
  • the coolant in the coolant circuit 25 is cooled by the cooling plate 20 cooled by the coolant circuit 42, so that the coolant circuit 25 can perform its cooling function.
  • a liquid-gas heat exchanger for example a water-air heat exchanger, for exchanging heat between the liquid coolant and one outside the circuits 25 for cooling a liquid coolant present in one of the coolant circuits 25, 42.
  • 42 existing gas causes or the cooling plate 20 may be formed as such a heat exchanger.
  • Fig. 4 shows a stator 14 of a side channel pumping stage of a vacuum pump according to an embodiment of the invention in plan view.
  • the stator element 14 is designed disk-shaped, wherein in Fig. 4 the view is shown on a flat side of the disk-shaped stator element 14.
  • the stator element 14 comprises a groove extending in a circle around an axis of rotation 38 of the side channel pumping stage oriented perpendicular to the disk plane, formed in the flat side and projecting in the axial direction into the flat side, the walling of which bounds a side channel 16.
  • the one longitudinal end of the groove delimits a gas inlet 34 of the side channel 16 and the other longitudinal end defines a gas outlet 36 of the side channel 16.
  • the stator element 14 further comprises a likewise formed in the flat side and in the axial direction in the flat side re-engaging groove, the conversion of which delimits a coolant channel 18 for cooling the stator element 14.
  • the coolant channel 18 runs parallel to the side channel 16 and, accordingly, also runs essentially in a circle around the rotation axis 38.
  • the groove and thus the coolant channel 18 are at a small distance radially outwardly from the side channel 16 spaced.
  • the groove and the coolant passage 18 delimited by its transformation extend over approximately the entire angular range of 360 °, which relates to the axis of rotation 38.
  • the one end of the groove defines an inlet 30 of the coolant channel 16 for the coolant and the other end of the groove defines an outlet 32 of the coolant channel 16 for the coolant.
  • the coolant inlet 30 is located near the gas outlet 36 and the coolant outlet 32 is located near the gas inlet 34.
  • the coolant in the coolant channel 18 on the one hand and the gas in the side channel 16 on the other hand thus flow in different directions or in a different direction of rotation about the axis of rotation 38 from their respective inlet to their respective outlet.
  • the coolant in the coolant channel 18 could also flow in the same direction, ie in the same direction of rotation as the gas flow in the side channel 16, about the axis of rotation 38, ie the coolant can generally flow against the gas flow or with the gas flow.
  • the direction of rotation of the coolant flow in the coolant channels can alternate from the coolant channel to the coolant channel or from the side channel pumping stage to the side channel pumping stage.
  • a return channel 40 is provided which extends in the axial direction through the stator element 14 and serves to return the coolant.
  • stator 14 with another, in Fig. 4 Stator disc not shown connected in such a way that the stator discs abut each other with their flat sides.
  • the other stator is so complementary to the in Fig. 4 formed stator, that the two stator discs together form a coolant channel 18 with a closed cross-section and a side channel 16, which apart from a circumferential opening, via which the rotor element of the side channel pumping stage engages in the side channel 16, has a closed cross-section.
  • the two stator elements 14 are connected to each other via screw holes 52.
  • a temperature sensor 28 is disposed between the side channel 16 and the coolant channel 18 and serves to measure the temperature of the side channel pumping stage.
  • the temperature sensor 28 may in principle be arranged at any point between the side channel 16 and the coolant channel 18 and in particular in the vicinity of the gas outlet 36, since there due to the high gas pressure, the highest temperatures present and can be measured directly.
  • the rotor element may be arranged on a rotor shaft, which is provided by the in the region of the axis of rotation 38 Opening 60 of the stator 14 may extend therethrough.
  • the rotor element preferably has a ring of blades which extend into the side channel 16.
  • the side channel 16 has in this case in the region between the gas inlet 34 and the gas outlet 36 preferably a relation to the rotor blades enlarged cross-section and the gas is in the side channel 16 preferably around the circular main orientation of the side channel 16 spirally driven in the direction of arrow 48 and thereby compacted.
  • the side channel 16 preferably has a cross-section which is not or at most slightly enlarged in relation to the rotor blades, which is shown in FIG Fig. 4 is apparent from the non-recessed portion 50 of the stator 14, so that the conveyed gas stripped in the region of the outlet 36 and is conveyed through the outlet 36 from the side channel 16.
  • the pump with the in Fig. 4 shown stator element 14 includes a plurality of in the direction of the rotation axis 38 successively arranged side channel pumping stages which are formed as described above.
  • the coolant channel 18 may be connected in series with the coolant channels of the further side channel pumping stages, ie, the coolant inlet 30 is coolant-conducting with the coolant outlet of a preceding one, eg in the axial direction in front of the plane of FIG Fig. 4 arranged, pumping stage is connected and the coolant outlet 32deffenausend 32 with the coolant inlet a subsequent, for example, in the axial direction behind the plane of Fig. 4 arranged, pumping stage is connected.
  • the connections can be formed by coolant-conducting connection channels extending in the axial direction through the respective stator disk 14.
  • the side channel 16 may be connected in series with the side channels of the further side channel pumping stages by gas inleting the inlet 34 to the outlet of the previous pumping stage and the outlet 36 being gas-conductively connected to the inlet of the subsequent pumping stage.
  • a gas-conducting connecting channel extending in the axial direction through a respective stator disk 14 may be provided.
  • all in the axial direction one behind the other arranged stator discs 14 of the vacuum pump each have a as in Fig. 4 shown coolant return passage 40, wherein the coolant return passages 40 are arranged in the axial direction substantially congruent one above the other and together form an axially oriented through all side channel pumping stages extending therethrough coolant return passage.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the coolant flow direction through a plurality of side channel pumping stages in a vacuum pump according to an embodiment of the invention in the direction of the axis of rotation 38 seen.
  • the vacuum pump may be as described above with respect to Fig. 4 be described described.
  • Fig. 5 shows a plurality of interconnected coolant channels 18, each associated with a side channel pumping stage and as described above Fig. 4 are formed.
  • the coolant channels 18 are in Fig. 5 shown spaced apart in the radial direction and can be assigned accordingly in the radial direction successive tokanalpump noten.
  • the coolant channels 18 can also according to the above description to Fig. 4 in axial direction follow one another and be assigned in the axial direction of successive side channel pumping stages.
  • the coolant passes through a supply channel 56, which may for example lead through a bearing plate or limited by this, in the first coolant channel 18.
  • This coolant channel 18 flows through the coolant in a first on the axis of rotation 38 related rotational direction and then passes through a connecting channel 62nd in the next coolant channel 18, which flows through the coolant in the opposite direction of rotation.
  • the coolant flows through all of the coolant channels 18, wherein the flow direction of the coolant from channel 18 to channel 18 alternates until the coolant finally flows from the last coolant channel 18 into the coolant return channel 40.
  • the coolant return passage 40 extends in the angle range ⁇ not covered by the coolant passages 18 through all the stator disks back to a coolant outlet of the vacuum pump.
  • the coolant channel 40 can also pass through a bearing plate of the vacuum pump or be limited by the end plate.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit wenigstens einer Seitenkanalpumpstufe, die einen durch zumindest ein Statorelement begrenzten Seitenkanal umfasst.
  • Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Pumpen und dabei insbesondere das Gebiet der Vakuumpumpen. Die Erfindung ist nicht auf Vakuumpumpen beschränkt. Alle sich allgemein auf Pumpen beziehenden Ausführungen gelten aber auch für Vakuumpumpen.
  • Pumpen, insbesondere Vakuumpumpen, werden in unterschiedlichen technischen Verfahren, beispielsweise bei der Halbleiterherstellung, eingesetzt, um gasförmige Medien aus einem zu evakuierenden Volumen abzufördern und insbesondere ein für das jeweilige Verfahren notwendiges Vakuum herzustellen. Neben Hochvakuumpumpstufen wie beispielsweise Holweck- oder Turbomolekularpumpstufen werden Seitenkanalpumpstufen eingesetzt, die zum einen zur Erzeugung eines reinen Vakuums mit einem niedrigen Enddruck geeignet sind und die gleichzeitig in der Lage sind, die geförderten Medien auf einen hohen Ausgangsdruck und im Einzelfall sogar direkt bis auf Atmosphärendruck zu verdichten. Eine Vakuumpumpe mit einer Seitenkanalpumpstufe umfasst typischerweise zusätzlich einen Motor zum drehenden Antreiben eines Rotorelements der Seitenkanalpumpstufe sowie eine Antriebselektronik zum Ansteuern des Motors.
  • Ein Nachteil bei bekannten Vakuumpumpen der eingangs genannten Art ist, dass deren tatsächliche Leistungsdaten in der Regel deutlich hinter den theoretisch zu erwartenden Leistungsdaten zurückbleiben und sich das Leistungsverhalten der Vakuumpumpen mit der Zeit verschlechtert. Die Vakuumpumpen müssen relativ häufig gewartet werden und weisen insgesamt eine beschränkte Betriebslebensdauer auf, wodurch die Wirtschaftlichkeit der bekannten Vakuumpumpen herabgesetzt wird. Die Wartungs- und Ausfallanfälligkeit der Vakuumpumpen kann auf die bei dem Betrieb der Vakuumpumpen auftretenden hohen Temperaturen zurückgeführt werden, welche aufgrund der damit einhergehenden thermischen Belastung mittel- und langfristig zu einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der temperaturempfindlichen Pumpenkomponenten führen.
  • Aus der US 5,664,935 A ist eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
  • Ähnliche Pumpen sind in der US 5,020,969 A , der US 2012/0189436 A1 und der DE 198 19 267 A1 beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, zu schaffen, die eine hohe Leistung und gleichzeitig eine verringerte Wartungs- und Ausfallanfälligkeit aufweist, die dauerhaft und zuverlässig ohne Einschränkung ihrer Funktionsfähigkeit betrieben werden kann und die eine hohe Betriebslebensdauer aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Pumpe umfasst wenigstens eine Seitenkanalpumpstufe, die einen durch zumindest ein Statorelement begrenzten Seitenkanal aufweist. Die Pumpe umfasst ferner einen Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Pumpe mit einem Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe aufweist, der zumindest bereichsweise durch das Statorelement begrenzt ist.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die im Bereich der Seitenkanalpumpstufe durch deren pumpende Wirkung hervorgerufene Wärmeerzeugung bei bekannten Pumpen zu einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Pumpe führt, wodurch zum einen die Leistungseigenschaften der Pumpe beeinträchtigt werden und zum anderen eine erhebliche Belastung der Pumpenkomponenten bei deren Betrieb auftritt, welche die Wartungs- und Ausfallanfälligkeit der Pumpe erhöht und deren zu erwartende Betriebslebensdauer verringert.
  • Durch den Kühlmittelkreislauf mit dem Kühlmittelkanal, der durch das wenigstens eine Statorelement der Seitenkanalpumpstufe begrenzt ist, wird die durch den Pumpmechanismus der Seitenkanalpumpstufe hervorgerufene Wärmeenergie unmittelbar wirksam abgeführt, so dass eine dadurch hervorgerufene übermäßige Erwärmung und thermische Belastung der Pumpe, die das Leistungsverhalten verschlechtert und die zu erwartende Lebensdauer der Pumpe herabsetzt, vermieden wird.
  • Somit wird eine Pumpe geschaffen, deren Leistungsverhalten zumindest annähernd dem theoretisch erwarteten Leistungsvermögen entspricht und die eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb und eine hohe Betriebslebensdauer erreicht.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Pumpe mehrere Seitenkanalpumpstufen, die jeweils einen durch zumindest ein Statorelement begrenzten Seitenkanal umfassen. Durch das Vorsehen mehrerer Seitenkanalpumpstufen lassen sich die erreichbare Pumpleistung und der erreichbare minimale Enddruck des Vakuums und der maximale Ausgangsdruck der Pumpe verbessern. Die Seitenkanalpumpstufen können dabei in Reihe und/oder parallel gasleitend miteinander verbunden sein. Eine leistungsstarke Pumpe kann prinzipiell eine oder zwei oder mehr als zwei miteinander verbundene Seitenkanalpumpstufen umfassen.
  • Der Kühlmittelkreislauf umfasst erfindungsgemäß jeweils wenigstens einen Kühlmittelkanal für jede Seitenkanalpumpstufe, wobei die Kühlmittelkanäle jeweils durch das Statorelement begrenzt sind, das den Seitenkanal der jeweiligen Seitenkanalpumpstufe begrenzt. Dadurch wird eine wirksame Kühlung der Statorelemente aller Seitenkanalpumpstufen sichergestellt.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren beschrieben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kühlmittelkreislauf zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente der Pumpe ausgebildet. Dadurch kann das Leistungsverhalten der Pumpe noch weiter verbessert und deren Betriebslebensdauer noch weiter erhöht werden. Insbesondere kann es sich bei der weiteren Komponente um einen Motor handeln, welcher insbesondere zum drehenden Antreiben eines Rotorelements der Seitenkanalpumpstufe dient, oder um eine Antriebselektronik, welche insbesondere zum Ansteuern des vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten Motors ausgebildet ist. Die Antriebselektronik kann auch zur Auswertung von Signalen dienen, die von Sensoren der Pumpe geliefert werden, z.B. von einem nachstehend noch erläuterten Temperatursensor. Diese Komponenten erzeugen bei dem Betrieb der Pumpe ebenfalls erhebliche Wärmemengen, durch deren kontrollierte Abführung die Betriebseigenschaften der Pumpe verbessert werden können. Ferner kann es sich bei der weiteren Komponente um eine Hochvakuumpumpstufe wie z.B. eine Holweckpumpstufe, eine Turbomolekularpumpstufe, eine Gaedepumpstufe, eine Siegbahnpumpstufe oder eine Kreuzgewindepumpstufe handeln, welche zusätzlich zu der Seitenkanalpumpstufe vorgesehen sein kann und deren Betriebsverhalten durch die Kühlung ebenfalls verbessert werden kann. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Kühlmittelkreislaufs zur Kühlung der Seitenkanalpumpstufe und der wenigstens einen weiteren Komponente wird dabei mit geringem Aufwand eine erhebliche Verbesserung des Betriebsverhaltens der Pumpe insgesamt erzielt. Bei der weiteren Komponente kann es sich auch um ein Gehäuse der Pumpe handeln.
  • Die weitere Komponente kann auch ein Lagerschild der Pumpe umfassen. Ein solches Lagerschild kann beispielsweise im Bereich eines Wälzlagers der Pumpe angeordnet sein, mit dem eine Rotorwelle der Pumpe, an dem das Rotorelement der Seitenkanalpumpstufe angeordnet ist, drehbar an dem Pumpengehäuse gelagert ist. Das Lagerschild kann dazu ausgebildet sein, einen Außenring des Wälzlagers in Richtung der Rotationsachse verschiebungsfest an dem Gehäuse der Vakuumpumpe zu fixieren. Das Lagerschild kann dabei insbesondere fest mit dem Statorelement der Seitenkanalpumpstufe verschraubt sein. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine starke thermische Kopplung des Lagerschildes mit dem Statorelement, so dass durch die Kühlung des Lagerschildes die Kühlung der Seitenkanalpumpstufe unterstützt und damit die Kühlung insgesamt verbessert werden kann. Es können auch zwei Lagerschilde der Pumpe, die z.B. unterschiedlichen Wälzlagern der Pumpe zugeordnet sind, durch den Kühlmittelkreislauf kühlbar sein.
  • Es können auch zwei oder mehr verschiedene und insbesondere alle der vorstehend genannten verschiedenen weiteren Komponenten durch den Kühlmittelkreislauf kühlbar sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kühlmittelkreislauf einen weiteren Kühlmittelkanal für die weitere Komponente. Durch einen solchen weiteren Kühlmittelkanal kann eine direkte Kühlung der weiteren Komponente bewirkt werden. Der jeweilige Kühlmittelkanal kann dazu zumindest bereichsweise durch die jeweilige Komponente begrenzt sein. Unter "zumindest bereichsweise begrenzt" wird in der vorliegenden Offenbarung prinzipiell verstanden, dass der Kühlmittelkanal über zumindest einen Teil seines vorzugsweise geschlossenen Strömungsquerschnitts durch den jeweiligen Bestandteil begrenzt wird. Prinzipiell kann der jeweilige Kühlmittelkanal auch über seinen gesamten Strömungsquerschnitt hinweg von dem jeweiligen Bestandteil begrenzt sein.
  • Im Falle der Antriebselektronik ist es bevorzugt, wenn der Kühlmittelkanal für die Antriebselektronik zumindest bereichsweise durch eine insbesondere wärmeleitende und/oder metallische Platte bzw. Kühlplatte begrenzt ist, auf der die Antriebselektronik durch eine vorzugsweise wärmeleitfähige Verbindung befestigt ist.
  • Der weitere Kühlmittelkanal kann mit dem Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe in Reihe oder parallel kühlmittelleitend verbunden sein. Dadurch kann der Kühlmittelfluss und die damit bewirkte Kühlwirkung gezielt an die Erfordernisse der Seitenkanalpumpstufe und der jeweiligen weiteren Komponente bzw. Komponenten angepasst werden. Die zu kühlenden Pumpenkomponenten können dabei so entlang der verschiedenen Kühlmittelkanäle angeordnet sein, dass insgesamt eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Kühlwirkung erreicht wird.
  • Zur Kühlung eines Lagerschildes kann ein Kühlmittelkanal vorgesehen sein, der zumindest teilweise von dem Lagerschild begrenzt ist und der vorzugsweise mit einem Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe kühlmittelleitend verbunden ist. Durch das Vorsehen eines von einem Lagerschild begrenzten oder durch dieses hindurch gehenden Kühlmittelkanals, welcher mit einem Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe verbunden ist, wird es ermöglicht, in baulich einfacher Weise einen Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe zu realisieren, der sich über im Wesentlichen die gesamte Länge des Seitenkanals der Pumpstufe erstreckt und in unmittelbarer Nähe zu dem Seitenkanal angeordnet ist und der gleichzeitig über das Lagerschild von außen zugänglich ist und somit in baulich einfacher Weise in den Kühlmittelkreislauf eingebunden sein kann.
  • Vorzugsweise werden sowohl der Motor als auch die Antriebselektronik jeweils durch einen Kühlmittelkanal gekühlt, der zumindest bereichsweise durch den Motor bzw. eine Kühlplatte für die Antriebselektronik begrenzt ist, wobei der Kanal für den Motor und der Kanal für die Antriebselektronik vorzugsweise kühlmittelleitend in Reihe miteinander verbunden sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine kühlmittelleitende Reihenschaltung zwischen einem ersten Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe und für die Hochvakuumpumpstufe und einem zweiten Kühlmittelkanal für die Antriebselektronik und für den Motor vorgesehen. Der zweite Kühlmittelkanal umfasst vorzugsweise einen Kühlmittelkanal, der zumindest bereichsweise durch eine Kühlplatte für die Antriebselektronik begrenzt ist, und einen in Kühlmittelflussrichtung darauf folgenden Kühlmittelkanal, der zumindest bereichsweise durch den Motor begrenzt ist. Der erste Kühlmittelkanal folgt vorzugsweise in Kühlmittelflussrichtung auf den zweiten Kanal und ist zumindest bereichsweise durch die Seitenkanalpumpstufe begrenzt. Die Hochvakuumpumpstufe kann entweder einen eigenen Kühlmittelkanal aufweisen und diesen zumindest bereichsweise begrenzen oder sie kann in der nachstehend beschriebenen Weise indirekt über den Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe kühlbar sein. Eine Abwandlung der vorstehenden Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlmittelkanal für den Motor in Flussrichtung des Kühlmittels vor dem Kühlmittelkanal für die Antriebselektronik angeordnet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ein Kühlmittelkanal für den Motor und für die Antriebselektronik einerseits und ein Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe und für die Hochvakuumpumpstufe andererseits parallel miteinander verbunden sind.
  • Die weitere Komponente, insbesondere die Hochvakuumpumpstufe, kann auch indirekt kühlbar sein, indem sie wärmeleitend mit dem wenigstens einen Statorelement der Seitenkanalpumpstufe oder einer weiteren, dritten Pumpenkomponente verbunden ist, welche ihrerseits von dem Kühlmittelkreislauf direkt gekühlt wird, d.h. welche einen Kühlmittelkanal des Kühlmittelkreislaufs zumindest bereichsweise begrenzt, oder welche ebenfalls indirekt von dem Kühlmittelkreislauf gekühlt wird.
  • Insbesondere im Fall einer Reihenschaltung zweier Kühlmittelkanäle sind die Strömungsquerschnitte der beiden Kanäle und damit deren hydraulische Leitwerte vorzugsweise so angepasst, dass sich eine gewünschte Aufteilung des Kühlmittels auf die beiden Kanäle ergibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Kühlmittelkreislauf wenigstens eine, insbesondere verstellbare, Blende vorgesehen, die einen Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel begrenzt. Die Blende kann dabei insbesondere in einem von zumindest zwei parallel geschalteten Kühlmittelkanälen angeordnet sein. Der hydraulische Leitwert des jeweiligen Kanals lässt sich dann flexibel an die jeweiligen Verhältnisse anpassen.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Seitenkanalpumpstufe vorgesehen ist. Dadurch wird es ermöglicht, die Temperatur der Seitenkanalpumpstufe während des Betriebs zu überwachen und z.B. den Betrieb der Seitenkanalpumpstufe und/oder den Kühlmittelkreislauf abhängig von der gemessenen Temperatur der Vakuumpumpe so anzusteuern, dass die Seitenkanalpumpe stets in einem günstigen Temperaturbereich betrieben wird. Bevorzugt ist der wenigstens eine Temperatursensor zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Seitenkanal der Seitenkanalpumpstufe angeordnet und/oder in der Nähe eines Gasauslasses der Seitenkanalpumpstufe. Dadurch wird eine besonders direkte und somit aussagekräftige Messung der Temperatur der Seitenkanalpumpstufe erreicht. Der Temperatursensor kann auch an einer Lagerfassung oder an einem Lagerschild eines Drehlagers der Pumpe angeordnet sein und kann die Temperatur der Lagerfassung bzw. des Lagerschildes messen, wobei die Lagerfassung und/oder das Lagerschild durch den Kühlmittelkreislauf gekühlt sein können.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Kühlmittelkanal über zumindest annähernd die gesamte Länge des Seitenkanals. Dadurch wird eine besonders wirksame Abfuhr der in dem Seitenkanal erzeugten Wärme gewährleistet, da die Wärme überall direkt abgeführt wird. Der Kühlmittelkanal kann zumindest annähernd entlang seiner gesamten Länge zumindest bereichsweise durch das wenigstens eine Statorelement begrenzt sein.
  • Der Kühlmittelkanal kann sich über zumindest 60 %, bevorzugt zumindest 75 % und besonders bevorzugt zumindest 90 % des in Bezug auf eine Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe definierten Winkelbereichs erstrecken, der von dem Seitenkanal abgedeckt wird und der eine volle Umdrehung von 360° umfassen kann. Der Seitenkanal und/oder der Kühlmittelkanal verlaufen dabei vorzugsweise zumindest bereichsweise kreislinienförmig um die Rotationsachse herum.
  • Eine besonders wirksame Kühlung der Seitenkanalpumpstufe wird erreicht, wenn der Kühlmittelkanal, bezogen auf die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe, zumindest über einen Teil seiner Länge in radialer Richtung nach außen hin von dem Seitenkanal beabstandet ist.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlmittelkanal über zumindest annähernd seine gesamte Länge in unmittelbarer Nähe zu dem Seitenkanal angeordnet ist. Dadurch wird die Wirksamkeit der Kühlung der Seitenkanalpumpstufe noch weiter erhöht. Vorzugsweise weist der Kühlmittelkanal dabei über seine Länge hinweg einen kürzesten Abstand von dem Seitenkanal auf, welcher höchstens 50 %, bevorzugt höchstens 25 % und besonders bevorzugt höchstens 15 % des maximalen Abstands des Seitenkanals von der Rotationsachse beträgt.
  • Ein besonders einfacher Aufbau der Pumpe ergibt sich, wenn der Seitenkanal und/oder der Kühlmittelkanal zumindest über einen Teil seiner Länge durch wenigstens zwei Statorelemente begrenzt ist, die vorzugsweise aneinander anliegen und miteinander, insbesondere durch Verschrauben, verbunden sind. In dem Statorelement kann dann eine Nut vorgesehen sein, welche dem Seitenkanal entspricht, und/oder eine Nut, welche dem Kühlmittelkanal entspricht, und welche gemeinsam mit einer weiteren Nut oder einer flachen Oberfläche des jeweils anderen Statorelements die Begrenzung für den Seitenkanal bzw. für den Kühlmittelkanal bildet.
  • In einem an den jeweiligen Seitenkanal bzw. Kühlmittelkanal angrenzenden Bereich können die beiden Statorelemente im Wesentlichen flächig aneinander anliegen, wodurch eine den Kühlmittelkanal abdichtende Verbindung zwischen den beiden Statorelementen geschaffen werden kann. Ein Statorelement kann jeweils im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet sein, wobei die Scheibenebene vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe orientiert ist und wobei die den jeweiligen Seiten- bzw. Kühlmittelkanal begrenzende Oberfläche der Scheibe vorzugsweise durch eine Flachseite der Scheibe gebildet ist und die beiden Scheiben insbesondere an ihren Flachseiten aneinander anliegen und miteinander verbunden sind.
  • Zur noch besseren Abdichtung, insbesondere des Kühlmittelkanals, kann ein insbesondere elastisches Dichtelement zwischen den wenigstens zwei Statorelementen vorgesehen sein, an dem die beiden Statorelemente dichtend anliegen können. Das Dichtelement kann z.B. als O-Ring ausgebildet sein, welcher vorzugsweise eine geschlossene ringförmige Oberfläche des einen Statorelements mit einer geschlossenen ringförmigen Oberfläche des anderen Statorelements dichtend verbindet, um den Kühlmittelkanal und den Seitenkanal, die auf unterschiedlichen Seiten der ringförmigen Oberflächen angeordnet sein können, gegeneinander abzudichten. Der O-Ring kann in der auf die Rotationsachse bezogenenen radialen Richtung zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Seitenkanal angeordnet sein. Es kann auch wenigstens ein weiterer O-Ring vorhanden sein, der den Kühlmittelkanal und/oder den Seitenkanal gegenüber dem Bereich außerhalb der die beiden Kanäle begrenzenden Statorelemente abdichtet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kühlmitteleinlass des Kühlmittelkanals in der Nähe eines Gasauslasses der Seitenkanalpumpstufe angeordnet und/oder ist der Kühlmittelauslass des Kühlmittelkanals in der Nähe eines Gaseinlasses der Seitenkanalpumpstufe angeordnet. Dadurch wird die Kühlwirkung an die Wärmeentwicklung in der Seitenkanalpumpstufe derart angepasst, dass sich bei dem Betrieb der Pumpe überall eine im Wesentlichen homogene Temperaturverteilung einstellt und lokal stark erhöhte Temperaturen vermieden werden.
  • In der Nähe des Gasauslasses der Seitenkanalpumpstufe tritt aufgrund des hohen Gasdrucks und der erhöhten Reibung nämlich eine besonders starke Wärmeentwicklung auf, welche durch die Anordnung des Kühlmitteleinlasses in diesem Bereich und die damit einhergehende stärkere Kühlwirkung kompensiert werden kann. Der Bereich des Kühlmittelauslasses, welcher eine geringere Kühlwirkung bereitstellt, wird dementsprechend zur Kühlung des Bereichs des Gaseinlasses genutzt, in dem aufgrund der geringeren Gasdrücke eine geringere Wärmeentwicklung auftritt. Prinzipiell können der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass aber auch an einer anderen als der vorstehend jeweils angegebenen Stelle angeordnet sein.
  • Die Richtung, in der das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal bei dem Betrieb der Pumpe um die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe herum fließt, kann zu der Richtung entgegen gesetzt sein, in der das Gas durch den Seitenkanal der zugehörigen Seitenkanalpumpstufe strömt. Dadurch wird eine Kühlwirkung erreicht, welche den durch die stärkere Wärmeerzeugung im Bereich des Gasauslasses und die geringere Wärmeerzeugung im Bereich des Gaseinlasses bedingten Gradienten der Wärmeerzeugung entlang des Seitenkanals wirksam kompensiert. Prinzipiell können das Kühlmittel und das Gas aber auch in derselben Richtung um die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe herum strömen.
  • Die Seitenkanäle verschiedener Seitenkanalpumpstufen können dabei bezogen auf die Rotationsachse der wenigstens einen Seitenkanalpumpstufe in radialer Richtung und/oder axialer Richtung aufeinander folgend angeordnet sein. Ein Seitenkanal kann dabei, wie vorstehend beschrieben, durch wenigstens zwei insbesondere scheibenförmige Statorelemente begrenzt sein.
  • Ein Statorelement kann auch mehrere verschiedene Seitenkanäle begrenzen und somit ein gemeinsames Statorelement für mehr als eine Seitenkanalpumpstufe darstellen. Ein Statorelement kann auch mehrere verschiedene Kühlmittelkanäle begrenzen, die jeweils einem von mehreren durch das jeweilige Statorelement begrenzten Seitenkanal zugeordnet sind.
  • Beispielsweise kann zumindest ein scheibenförmiges Statorelement auf seinen beiden einander gegenüberliegenden Flachseiten jeweils eine einen Seitenkanal begrenzende Nut aufweisen und/oder das Statorelement kann auf beiden Seiten jeweils eine einen Kühlmittelkanal für eine Seitenkanalpumpstufe begrenzende Nut aufweisen. Dies stellt eine besonders einfache bauliche Variante dar, mit der insbesondere mehrere in Rotationsachsenrichtung aufeinander folgende Seitenkanalpumpstufen realisiert werden können. Die beiden durch das Statorelement begrenzten Seitenkanäle und/oder Kühlmittelkanäle können dabei durch einen entsprechenden, in dem Statorelement ausgebildeten Verbindungskanal gasleitend bzw. kühlmittelleitend miteinander verbunden sein.
  • Vorzugsweise sind zumindest zwei Kühlmittelkanäle verschiedener Seitenkanalpumpstufen miteinander kühlmittelleitend verbunden. Die Kühlmittelkanäle können dabei in Reihe miteinander verbunden sein, so dass sie von dem Kühlmittel der Reihe nach durchflossen werden. Die Kühlmittelkanäle können auch parallel miteinander verbunden sein und parallel von dem Kühlmittel durchflossen werden. Bei einer Parallelverbindung der Kühlmittelkanäle lässt sich der Fluss in den beiden Kühlmittelkanälen jeweils unabhängig regulieren, beispielsweise durch entsprechende Anpassung des Strömungsquerschnitts und/oder die Anordnung einer Blende in einem jeweiligen Kühlmittelkanal, so dass die Kühlung der einzelnen Seitenkanalpumpstufen flexibel an deren thermische Belastung angepasst werden kann, beispielsweise um die Kühlung an unterschiedliche Lastfälle anzupassen, insbesondere an den zu erzeugenden Enddruck oder die anfallende Gaslast.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verlaufen zumindest zwei Kühlmittelkanäle verschiedener, insbesondere in axialer oder radialer Richtung unmittelbar aufeinander folgender, Seitenkanalpumpstufen von ihrem jeweiligen Kühlmitteleinlass aus in entgegengesetzten Richtungen um eine Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufen herum zu ihrem jeweiligen Kühlmittelauslass. Dadurch wird es ermöglicht, die verschiedenen Kühlmittelkanäle so anzuordnen, dass sich diese in Bezug auf die von ihnen abgedeckten, auf die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe bezogenen Winkelbereiche überlappen und ein Winkelversatz zwischen den Einlässen und Auslässen aufeinander folgender Kühlmittelkanäle vermieden wird. Dadurch wird eine baulich besonders einfache Anordnung erreicht, da die verschiedenen Kühlmittelkanäle bzw. die diese begrenzenden Statorelemente im Wesentlichen identisch aufgebaut und deckungsgleich zueinander angeordnet sein können.
  • Beispielsweise können die Kühlmittelkanäle jeweils einen um die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe herum orientierten Verlauf aufweisen und dabei jeweils annähernd den gesamten auf die Rotationsachse der Seitenkanalpumpstufe bezogenen Winkelbereich abdecken, wobei ein relativ kleiner Winkelbereich zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass nicht durch den Kanal abgedeckt sein und somit frei bleiben kann. Insbesondere in diesem Fall kann durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung mit abwechselnden Strömungsrichtungen des Kühlmittels erreicht werden, dass die zwischen den Einlässen und den Auslässen verschiedener Kühlmittelkanäle frei bleibenden Winkelbereiche sich zumindest teilweise überlappen. Die sich überlappenden Winkelbereiche können dann für weitere Bestandteile der Pumpe bzw. des Kühlmittelkreislaufs genutzt werden.
  • Beispielsweise kann ein Rückleitungskanal des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen sein, der durch mehrere Statorelemente hindurch verläuft, die die Seitenkanäle der Seitenkanalpumpstufen begrenzen. Der Rückleitungskanal für das Kühlmittel kann insbesondere in dem vorstehend beschriebenen überlappenden Winkelbereich angeordnet sein, der zwischen den Einlässen und den Auslässen der verschiedenen Seitenkanalpumpstufen frei bleibt.
  • Unter einem Kühlmittelkreislauf wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl ein geschlossener Kreislauf für das Kühlmittel verstanden als auch ein Abschnitt für das Kühlmittel zwischen einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass, der durch entsprechendes Verbinden des Einlasses und des Auslasses miteinander zu einem geschlossenen Kreislauf vervollständigt werden kann. Der Kühlmittelkreislauf kann, insbesondere im Fall eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs, eine Kühlmittelpumpe umfassen, mit der das Kühlmittel in dem Kreislauf angetrieben werden kann, und/oder ein Kühlaggregat oder einen Wärmetauscher, mit dem das Kühlmittel kühlbar ist. Die Kühlmittelpumpe und/oder der Wärmetauscher können als Teil der Pumpe ausgebildet sein oder extern an einen entsprechenden Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass der Pumpe anschließbar sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kühlmittelkreislauf über wenigstens ein wärmeleitendes Element mit einem weiteren Kühlmittelkreislauf wärmetauschend gekoppelt. Die Kühlung des Kühlmittelkreislaufs, welcher den durch das Statorelement der Seitenkanalpumpstufe begrenzten Kühlmittelkanal umfasst und welcher auch als Primärkreislauf bezeichnet wird, erfolgt dabei durch den weiteren Kühlmittelkreislauf, welcher auch als Sekundärkreislauf bezeichnet wird, über das wärmeleitende Element. Der weitere Kühlmittelkreislauf kann z.B. über einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass der Pumpe mit einer externen Kühlmittelpumpe und/oder einem externen Kühlmittelaggregat oder Wärmetauscher verbunden sein. Das wärmetauschende Element kann insbesondere durch eine Platte gebildet sein, auf der die Antriebselektronik angeordnet ist und die die Wärme zwischen den beiden Kühlmittelkreisläufen austauscht und dazu vorzugsweise jeweils einen Kühlmittelkanal beider Kreisläufe zumindest bereichsweise begrenzt. Diese Kühlplatte kann eine relativ große Oberfläche aufweisen und somit einen effektiven Wärmeaustausch gewährleisten. Prinzipiell kann auch ein Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher, z.B. ein Wasser-Luft-Wärmetauscher, vorgesehen sein, welcher zur Kühlung eines flüssigen Kühlmittels in dem Primärkreislauf oder eines flüssigen Kühlmittels in einem vorhandenen Sekundärkreislauf einen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Kühlmittel und einem außerhalb des Primärkreislaufs bzw. Sekundärkreislaufs und insbesondere außerhalb der Pumpe vorhandenen Gas, z.B. der Umgebungsluft, bewirkt.
  • Die vorstehende Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Primärkreislauf als geschlossener, als Teil der Pumpe ausgebildeter Kreislauf, beispielsweise mit einer entsprechenden Kühlmittelpumpe, ausgestaltet werden kann, ohne dass gleichzeitig ein Kühlmittelaggregat oder ein übermäßig große Wärmetauscher in die Pumpe integriert werden muss. In dem Primärkreislauf kann dabei z.B. ein korrosionsbeständiges Kühlmittel eingesetzt werden, welches sich besonders gut zur direkten Kühlung der betroffenen Komponenten eignet, ohne dass z.B. aufgrund einer externen Anbindung des Kühlmittelkreislaufs die Gefahr von Leckageverlusten oder dem versehentlichen Einsatz eines ungeeigneten Kühlmittels besteht. Der Sekundärkreislauf kann hingegen mit Wasser als Kühlmittel betrieben werden, welches von außerhalb der Pumpe zugeführt werden kann, so dass Kühlmittelverluste im Anschlussbereich dieses Kreislaufs unproblematisch sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform besteht das wenigstens eine Statorelement zumindest bereichsweise und insbesondere im Bereich einer den Kühlmittelkanal begrenzenden Oberfläche aus einem Material, welches ein durch Gießen herstellbares bzw. gegossenes metallisches Material und/oder ein Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung ist. Dadurch können die Herstellungskosten für das Statorelement reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lagerschild bzw. eine einen Kühlmittelkanal des Kühlmittelkreislaufs begrenzende Oberfläche des Lagerschildes aus einem solchen Material gebildet sein.
  • Das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs für die Seitenkanalpumpstufe, welcher durch einen wie vorstehend beschriebenen Primärkreislauf gebildet sein kann, ist vorzugsweise flüssig. Das Kühlmittel ist vorzugsweise ein gegenüber dem Material des Statorelements, welches eines der vorstehend genannten Materialien sein kann, korrosionsbeständiges Kühlmittel. Beispielsweise kann das Kühlmittel Glykol bzw. ein Glykolgemisch, ein Öl, insbesondere ein polychloriertes Biphenyl (PCB), ein flüssiges Natrium wie z.B. NaK-78 oder ein Ethanol enthalten oder daraus bestehen. Abhängig von dem Material der zu kühlenden Komponenten und insbesondere des Statorelements kann das Kühlmittel auch Wasser enthalten oder daraus bestehen.
  • Falls ein wie vorstehend beschriebener Sekundärkreislauf vorgesehen ist, enthält dieser vorzugsweise ebenfalls ein flüssiges Kühlmittel, welches insbesondere Wasser enthält oder daraus besteht. Der Sekundärkreislauf kann prinzipiell aber auch ein gasförmiges Kühlmittel wie z.B. Luft enthalten.
  • Die Pumpe kann eine oder mehrere Hochvakuumpumpstufen umfassen, wobei eine Hochvakuumpumpstufe z.B. durch eine Holweckpumpstufe, eine Turbomolekularpumpstufe, eine Gaedepumpstufe, eine Siegbahnpumpstufe oder eine Kreuzgewindepumpstufe gebildet sein kann. Die eine oder mehreren Hochvakuumpumpstufen sind vorzugsweise in Strömungsrichtung vor der Seitenkanalpumpstufe angeordnet und dieser vorgeschaltet.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Pumpe mit wenigstens einer Seitenkanalpumpstufe, die einen durch zumindest ein Statorelement begrenzten Seitenkanal umfasst, mit einem Motor, mit einer Antriebselektronik für den Motor und mit einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Vakuumpumpe mit einem Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen ersten Kühlmittelkanal für die Seitenkanalpumpstufe und wenigstens einen zweiten Kühlmittelkanal für den Motor und/oder für die Antriebselektronik umfasst.
  • Dadurch lässt sich eine das Pumpverhalten oder die Betriebslebensdauer der Pumpe verschlechternde übermäßige Erwärmung der Seitenkanalpumpstufe sowie des Motors und/oder der Antriebselektronik wirksam vermeiden und eine hohe Pumpleistung sowie eine hohe Betriebslebensdauer der Pumpe sicherstellen. Die Antriebselektronik kann neben der Ansteuerung des Motors auch zur Auswertung von Signalen eingerichtet sein, die von Sensoren der Vakuumpumpe wie z.B. einem wie vorstehend beschriebenen Temperatursensor geliefert werden.
  • Der erste Kühlmittelkanal und der zweite Kühlmittelkanal können in Reihe oder parallel miteinander kühlmittelleitend verbunden sein. Dadurch lässt sich ein zusammenhängender Kühlmittelkreislauf für die genannten Komponenten erreichen, welcher mit geringem Aufwand realisierbar ist, wobei die auf die jeweiligen Komponenten ausgeübte Kühlwirkung durch die entsprechende serielle oder parallele kühlmittelleitende Verbindung gezielt an die jeweiligen Anforderungen anpassbar ist.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
    Fig. 2
    eine Vakuumpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
    Fig. 3
    eine Vakuumpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
    Fig. 4
    ein Statorelement einer Seitenkanalpumpstufe einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht, und
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung der Kühlmittelflussrichtung durch mehrere Seitenkanalpumpstufen in einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt eine Vakuumpumpe 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Die Vakuumpumpe 10 umfasst eine Seitenkanalpumpstufe 12, welche wenigstens ein Statorelement 14 aufweist, einen Elektromotor 22 zum drehenden Antreiben eines Rotorelements der Seitenkanalpumpstufe 12, eine Kühlplatte mit einer darauf angeordneten Antriebselektronik 20 für den Motor 22 und eine Hochvakuumpumpstufe 24.
  • Die Pumpe 10 umfasst ferner einen Kühlmittelkreislauf 25, welcher einen von außerhalb der Pumpe 10 zugänglichen Kühlmitteleinlass 44 und einen von außerhalb der Pumpe 10 zugänglichen Kühlmittelauslass 46 der Vakuumpumpe 10 umfasst, wobei Einlass 44 und Auslass 46 über Kühlmittelkanäle 18, 26 des Kühlmittelkreislaufs 25 kühlmittelleitend miteinander verbunden sind. Die Pfeilspitzen in Fig. 1 kennzeichnen die Kühlmittelflussrichtung von dem Einlass 44 zu dem Auslass 46.
  • Der Kühlmittelkanal 18 dient zur Kühlung der Seitenkanalpumpstufe 12 und ist zumindest bereichsweise durch das Statorelement 14 der Seitenkanalpumpstufe 12 begrenzt. Die Hochvakuumpumpstufe 24 ist indirekt über die Seitenkanalpumpstufe 12 kühlbar, mit der sie wärmeleitend verbunden ist. Die Kühlung der Hochvakuumpumpstufe 24 kann prinzipiell auch über ein Lagerschild der Vakuumpumpe und/oder über das Gehäuse der Vakuumpumpe erfolgen. Der Kühlmittelkanal 26 dient zur Kühlung des Motors 22 und der Kühlplatte mit der Antriebselektronik 20 und weist dazu zwei kühlmittelleitend in Serie miteinander verbundene Längsabschnitte auf, von denen einer zumindest bereichsweise durch den Elektromotor 22 und der andere zumindest bereichsweise durch die Kühlplatte 20 begrenzt ist. Der Kühlmittelkanal 18 und der Kühlmittelkanal 26 sind jeweils im Bereich des Einlasses 44 und des Auslasses 46 zusammengeführt und sind somit parallel kühlmittelleitend miteinander verbunden.
  • Fig. 2 zeigt eine Vakuumpumpe 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Die in Fig. 2 gezeigte Vakuumpumpe 10 entspricht der in Fig. 1 gezeigten Vakuumpumpe 10, wobei bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung der Auslass des Kühlmittelkanals 26 für den Motor 22 und die Kühlplatte mit der Antriebselektronik 20 mit dem Einlass des Kühlmittelkanals 18 für die Seitenkanalpumpstufe 12 kühlmittelleitend verbunden ist, so dass die Kanäle 26, 18 in Reihe miteinander verbunden sind.
  • Fig. 3 zeigt eine Vakuumpumpe 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Die in Fig. 3 gezeigte Vakuumpumpe 10 entspricht im Wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Vakuumpumpe 10, wobei bei der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung der Kühlmittelkreislauf 25 nicht zwischen einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass der Pumpe 10 angeordnet ist. Stattdessen ist der Kühlmittelkreislauf 25 als geschlossener Kreislauf ausgebildet und umfasst eine Kühlmittelpumpe 54, mit der das Kühlmittel in dem in Fig. 3 durch die Pfeilspitzen gekennzeichneten Umlaufsinn antreibbar ist.
  • Die Pumpe 10 umfasst außerdem einen Sekundär-Kühlmittelkreislauf 42, der von außerhalb der Vakuumpumpe 10 über einen entsprechenden Kühlmitteleinlass 44 und Kühlmittelauslass 46 zugänglich ist. Der Sekundär-Kühlmittelkreislauf 42 umfasst einen durch die Kühlplatte 20 für die Antriebselektronik zumindest bereichsweise begrenzten Kühlmittelkanal 58. Die Kühlmittelkreisläufe 25 und 42 sind somit über die Kühlplatte 20 wärmeleitend miteinander verbunden, so dass die Kühlplatte 20 als Wärmetauscher zwischen den beiden Kühlmittelkreisläufen 25, 42 dient. Wenn an den Einlass 44 und den Auslass 46 eine Kühlmittelquelle angeschlossen wird, wird das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 25 über die von dem Kühlmittelkreislauf 42 gekühlte Kühlplatte 20 gekühlt, so dass der Kühlmittelkreislauf 25 seine kühlende Funktion erfüllen kann. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher, z.B. ein Wasser-Luft-Wärmetauscher, vorgesehen sein, der zur Kühlung eines in einem der Kühlmittelkreisläufe 25, 42 vorhandenen flüssigen Kühlmittels einen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Kühlmittel und einem außerhalb der Kreisläufe 25, 42 vorhandenen Gas bewirkt oder die Kühlplatte 20 könnte als ein solcher Wärmetauscher ausgebildet sein.
  • Fig. 4 zeigt ein Statorelement 14 einer Seitenkanalpumpstufe einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht. Das Statorelement 14 ist scheibenförmig ausgestaltet, wobei in Fig. 4 die Ansicht auf eine Flachseite des scheibenförmigen Statorelements 14 gezeigt ist. Das Statorelement 14 umfasst eine kreislinienförmig um eine senkrecht zu der Scheibenebene orientierte Rotationsachse 38 der Seitenkanalpumpstufe herum verlaufende, in der Flachseite ausgebildete und in axialer Richtung in die Flachseite einspringende Nut, deren Umwandung einen Seitenkanal 16 begrenzt. Das eine Längsende der Nut begrenzt dabei einen Gaseinlass 34 des Seitenkanals 16 und das andere Längsende begrenzt einen Gasauslass 36 des Seitenkanals 16.
  • Das Statorelement 14 umfasst ferner eine ebenfalls in der Flachseite ausgebildete und in axialer Richtung in die Flachseite einspringende Nut, deren Umwandung einen Kühlmittelkanal 18 zur Kühlung des Statorelements 14 begrenzt. Der Kühlmittelkanal 18 verläuft parallel zu dem Seitenkanal 16 und verläuft dementsprechend ebenfalls im Wesentlichen kreislinienförmig um die Rotationsachse 38 herum. Die Nut und damit der Kühlmittelkanal 18 sind in einem geringen Abstand radial nach außen hin von dem Seitenkanal 16 beabstandet. Die Nut und der von deren Umwandung begrenzte Kühlmittelkanal 18 erstrecken sich über annähernd den gesamten auf die Rotationsachse 38 bezogenen Winkelbereich von 360°. Das eine Ende der Nut begrenzt einen Einlass 30 des Kühlmittelkanals 16 für das Kühlmittel und das andere Ende der Nut begrenzt einen Auslass 32 des Kühlmittelkanals 16 für das Kühlmittel. Der Kühlmitteleinlass 30 ist in der Nähe des Gasauslasses 36 angeordnet und der Kühlmittelauslass 32 ist in der Nähe des Gaseinlasses 34 angeordnet. Das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal 18 einerseits und das Gas in dem Seitenkanal 16 andererseits strömen somit in unterschiedlichen Richtungen bzw. in einem unterschiedlichen Drehsinn um die Drehachse 38 herum von ihrem jeweiligen Einlass zu ihrem jeweiligen Auslass. Alternativ könnte das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal 18 auch in derselben Richtung, d.h. in demselben Drehsinn wie die Gasströmung in dem Seitenkanal 16 um die Drehachse 38 herum strömen, d.h. das Kühlmittel kann generell entgegen der Gasströmung oder mit der Gasströmung strömen. Wenn mehrere Kühlmittelkanäle für mehrere aufeinander folgende Seitenkanalpumpstufen hintereinander geschaltet sind, wie nachfolgend in Bezug auf Fig. 5 erläutert, kann der Drehsinn der Kühlmittelströmung in den Kühlmittelkanälen von Kühlmittelkanal zu Kühlmittelkanal bzw. von Seitenkanalpumpstufe zu Seitenkanalpumpstufe abwechseln.
  • In dem nicht von dem Kühlmittelkanal 18 abgedeckten Winkelbereich ϕ zwischen dem Kühlmitteleinlass 30 und dem Kühlmittelauslass 32 ist ein Rückleitungskanal 40 vorgesehen, welcher in axialer Richtung durch das Statorelement 14 hindurch verläuft und zur Rückleitung des Kühlmittels dient.
  • Zur Bildung der Seitenkanalpumpstufe ist die in Fig. 4 gezeigte Statorscheibe 14 mit einer weiteren, in Fig. 4 nicht dargestellten Statorscheibe derart verbunden, dass die Statorscheiben mit ihren Flachseiten aneinander anliegen. Die weitere Statorscheibe ist dabei derart komplementär zu der in Fig. 4 gezeigten Statorscheibe ausgebildet, dass die beiden Statorscheiben zusammen einen Kühlmittelkanal 18 mit einem geschlossenen Querschnitt sowie einen Seitenkanal 16 bilden, der abgesehen von einer umlaufenden Öffnung, über die das Rotorelement der Seitenkanalpumpstufe in den Seitenkanal 16 eingreift, einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Die beiden Statorelemente 14 sind dazu über Schraublöcher 52 fest miteinander verbunden.
  • Ein Temperatursensor 28 ist zwischen dem Seitenkanal 16 und dem Kühlmittelkanal 18 angeordnet und dient zur Messung der Temperatur der Seitenkanalpumpstufe. Der Temperatursensor 28 kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle zwischen dem Seitenkanal 16 und dem Kühlmittelkanal 18 angeordnet sein und insbesondere in der Nähe des Gasauslasses 36, da dort aufgrund des hohen Gasdrucks die höchsten Temperaturen vorliegend und sich unmittelbar messen lassen.
  • Während des Betriebs der Pumpe wird ein in Fig. 4 nicht dargestelltes Rotorelement der Seitenkanalpumpstufe in Richtung des Pfeils 48 drehend angetrieben. Das Rotorelement kann dabei an einer Rotorwelle angeordnet sein, welche sich durch die im Bereich der Rotationsachse 38 vorgesehene Öffnung 60 des Statorelements 14 hindurch erstrecken kann. Das Rotorelement weist vorzugsweise einen Kranz von Schaufeln auf, die sich in den Seitenkanal 16 hinein erstrecken. Der Seitenkanal 16 weist dabei in dem Bereich zwischen dem Gaseinlass 34 und dem Gasauslass 36 vorzugsweise einen gegenüber den Rotorschaufeln vergrößerten Querschnitt auf und das Gas wird in dem Seitenkanal 16 vorzugsweise um die kreislinienförmige Hauptorientierung des Seitenkanals 16 spirallinienförmig herum in Richtung des Pfeils 48 angetrieben und dabei verdichtet. Im Bereich des Gasauslasses 36 weist der Seitenkanal 16 vorzugsweise einen gegenüber den Rotorschaufeln nicht oder allenfalls geringfügig vergrößerten Querschnitt auf, was in Fig. 4 anhand des nicht vertieften Bereichs 50 des Statorelements 14 ersichtlich ist, so dass das geförderte Gas im Bereich des Auslasses 36 abgestreift und durch den Auslass 36 aus dem Seitenkanal 16 gefördert wird.
  • Die Pumpe mit dem in Fig. 4 gezeigten Statorelement 14 umfasst mehrere in Richtung der Rotationsachse 38 hintereinander angeordnete Seitenkanalpumpstufen welche gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet sind. Der Kühlmittelkanal 18 kann mit den Kühlmittelkanälen der weiteren Seitenkanalpumpstufen in Reihe verbunden sein, d.h. dass der Kühlmitteleinlass 30 kühlmitteleitend mit dem Kühlmittelauslass einer vorhergehenden, z.B. in axialer Richtung vor der Zeichenebene von Fig. 4 angeordneten, Pumpstufe verbunden ist und der Kühlmittelauslass 32 kühlmittelleitend mit dem Kühlmitteleinlass einer nachfolgenden, z.B. in axialer Richtung hinter der Zeichenebene von Fig. 4 angeordneten, Pumpstufe verbunden ist. Die Verbindungen können dabei durch sich in axialer Richtung durch die jeweilige Statorscheibe 14 hindurch erstreckende kühlmittelleitende Verbindungskanäle gebildet sein.
  • Der Seitenkanal 16 kann mit den Seitenkanälen der weiteren Seitenkanalpumpstufen in Reihe verbunden sein, indem der Einlass 34 mit dem Auslass der vorhergehenden Pumpstufe gasleitend verbunden ist und der Auslass 36 mit dem Einlass der nachfolgenden Pumpstufe gasleitend verbunden ist. Hierzu kann jeweils ein sich in axialer Richtung durch eine jeweilige Statorscheibe 14 hindurch erstreckender gasleitender Verbindungskanal vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise weisen alle in axialer Richtung hintereinander angeordnete Statorscheiben 14 der Vakuumpumpe jeweils einen wie in Fig. 4 gezeigten Kühlmittelrückleitungskanal 40 auf, wobei die Kühlmittelrückleitungskanäle 40 in axialer Richtung im Wesentlichen deckungsgleich fluchtend übereinander angeordnet sind und zusammen einen in axialer Richtung orientierten durch alle Seitenkanalpumpstufen hindurch verlaufenden Kühlmittelrückleitungskanal bilden.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Kühlmittelflussrichtung durch mehrere Seitenkanalpumpstufen in einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Richtung der Rotationsachse 38 gesehen. Die Vakuumpumpe kann wie vorstehend in Bezug auf Fig. 4 beschrieben ausgebildet sein.
  • Fig. 5 zeigt mehrere in Reihe miteinander verbundene Kühlmittelkanäle 18, die jeweils einer Seitenkanalpumpstufe zugeordnet und gemäß der vorstehenden Beschreibung zu Fig. 4 ausgebildet sind. Die Kühlmittelkanäle 18 sind in Fig. 5 in radialer Richtung voneinander beabstandet dargestellt und können dementsprechend in radialer Richtung aufeinander folgenden Seitenkanalpumpstufen zugeordnet sein. Die Kühlmittelkanäle 18 können aber auch gemäß der vorstehenden Beschreibung zu Fig. 4 in axialer Richtung aufeinander folgen und in axialer Richtung aufeinander folgenden Seitenkanalpumpstufen zugeordnet sein.
  • Das Kühlmittel gelangt durch einen Zuleitungskanal 56, welcher beispielsweise durch ein Lagerschild hindurch führen oder von diesem begrenzt sein kann, in den ersten Kühlmittelkanal 18. Diesen Kühlmittelkanal 18 durchfließt das Kühlmittel in einer ersten auf die Drehachse 38 bezogenen Drehrichtung und gelangt dann über einen Verbindungskanal 62 in den nächsten Kühlmittelkanal 18, den das Kühlmittel in der entgegen gesetzten Drehrichtung durchfließt. In dieser Weise durchfließt das Kühlmittel alle Kühlmittelkanäle 18, wobei die Fließrichtung des Kühlmittels von Kanal 18 zu Kanal 18 abwechselt, bis das Kühlmittel schließlich aus dem letzten Kühlmittelkanal 18 in den Kühlmittelrückleitungskanal 40 fließ. Der Kühlmittelrückleitungskanal 40 verläuft in dem von den Kühlmittelkanälen 18 nicht abgedeckten Winkelbereich ϕ durch alle Statorscheiben hindurch zurück zu einem Kühlmittelauslass der Vakuumpumpe. Der Kühlmittelkanal 40 kann dabei ebenfalls durch ein Lagerschild der Vakuumpumpe hindurch führen oder von dem Lagerschild begrenzt sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vakuumpumpe
    12
    Seitenkanalpumpstufe
    14
    Statorelement
    16
    Seitenkanal
    18
    Kühlmittelkanal
    20
    Kühlplatte mit darauf angebrachter Antriebselektronik
    22
    Motor
    24
    Hochvakuumpumpstufe
    25
    Kühlmittelkreislauf
    26
    Kühlmittelkanal
    28
    Temperatursensor
    30
    Kühlmitteleinlass
    32
    Kühlmittelauslass
    34
    Gaseinlass
    36
    Gasauslass
    38
    Rotationsachse
    40
    Kühlmittelrückleitungskanal
    42
    weiterer Kühlmittelkreislauf
    44
    Kühlmitteleinlass
    46
    Kühlmittelauslass
    48
    Rotationsrichtung
    50
    Abstreifer-Bereich
    52
    Schraubloch
    54
    Kühlmittelpumpe
    56
    Zuleitungskanal
    58
    Kühlmittelkanal
    60
    Öffnung
    62
    Verbindungskanal
    ϕ
    Winkelbereich

Claims (11)

  1. Pumpe, insbesondere Vakuumpumpe (10), mit wenigstens einer Seitenkanalpumpstufe (12), die einen durch zumindest ein Statorelement (14) begrenzten Seitenkanal (16) umfasst, und mit einem Kühlmittelkreislauf (25) zur Kühlung der Pumpe (10) mit einem Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf (25) wenigstens einen Kühlmittelkanal (18) für die Seitenkanalpumpstufe (12) aufweist, der zumindest bereichsweise durch das Statorelement (14) begrenzt ist,
    wobei die Pumpe (10) mehrere Seitenkanalpumpstufen (12) umfasst, die jeweils einen durch zumindest ein Statorelement (14) begrenzten Seitenkanal (16) umfassen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelkreislauf (25) für jede der Seitenkanalpumpstufen (12) jeweils wenigstens einen Kühlmittelkanal (18) umfasst und die Kühlmittelkanäle (18) jeweils durch das Statorelement (14) begrenzt sind, das den Seitenkanal (16) der jeweiligen Seitenkanalpumpstufe (12) begrenzt.
  2. Pumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelkreislauf (25) zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente (20, 22, 24) der Pumpe (10) ausgebildet ist, welche insbesondere aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine Antriebselektronik (20), einen Motor (22), eine Pumpstufe, eine Hochvakuumpumpstufe (24), ein Gehäuse und ein Lagerschild der Pumpe (10) umfasst.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelkreislauf (25) einen weiteren Kühlmittelkanal (26) für die weitere Komponente (20, 22, 24) umfasst, der mit dem Kühlmittelkanal (18) für die Seitenkanalpumpstufe (12) vorzugsweise in Reihe oder parallel kühlmittelleitend verbunden ist.
  4. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Kühlmittelkreislauf (25) wenigstens eine, insbesondere verstellbare, Blende vorgesehen ist, die einen Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel begrenzt.
  5. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Temperatursensor (28) zur Messung der Temperatur der Seitenkanalpumpstufe (12) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise zwischen dem Kühlmittelkanal (18) und dem Seitenkanal (16) und/oder in der Nähe eines Gasauslasses (36) der Seitenkanalpumpstufe (12) angeordnet ist.
  6. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich der Kühlmittelkanal (18) über zumindest annähernd die gesamte Länge des Seitenkanals (12) erstreckt.
  7. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmitteleinlass (30) des Kühlmittelkanals in der Nähe eines Gasauslasses (36) der Seitenkanalpumpstufe (12) angeordnet ist und/oder der Kühlmittelauslass (32) des Kühlmittelkanals in der Nähe eines Gaseinlasses (34) der Seitenkanalpumpstufe (12) angeordnet ist.
  8. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest zwei Kühlmittelkanäle (18) verschiedener Seitenkanalpumpstufen (12) in Reihe oder parallel miteinander kühlmittelleitend verbunden sind.
  9. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest zwei Kühlmittelkanäle (18) verschiedener, insbesondere in axialer oder radialer Richtung unmittelbar aufeinander folgender, Seitenkanalpumpstufen (12) von ihrem jeweiligen Kühlmitteleinlass (30) aus in entgegengesetzten Richtungen um eine Rotationsachse (38) der Seitenkanalpumpstufen (12) herum zu ihrem jeweiligen Kühlmittelauslass (32) verlaufen.
  10. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Rückleitungskanal (40) des Kühlmittelkreislaufs (25) durch mehrere Statorelemente (14) hindurch verläuft, die die Seitenkanäle (16) der Seitenkanalpumpstufen (12) begrenzen.
  11. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelkreislauf (25) über wenigstens ein wärmeleitendes Element (20) mit einem weiteren Kühlmittelkreislauf (42) wärmetauschend gekoppelt ist.
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