EP2846044B1

EP2846044B1 - Vakuumpumpe sowie anordnung mit einer vakuumpumpe

Info

Publication number: EP2846044B1
Application number: EP14181981.3A
Authority: EP
Inventors: Tobias Stoll; Michael Schweighöfer; Robert Watz; Jan Hofmann
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: DE102013109637A1; JP2015048849A; US20150064033A1; JP5902777B2; EP2846044A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe sowie eine Anordnung mit einer Vakuumpumpe.
Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen weisen mindestens einen in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist von einem Statorpaket oder mehreren Statoren umgeben, das oder die von dem Pumpengehäuse getragen ist/werden. Ferner ist innerhalb des Pumpengehäuses eine Antriebseinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor angeordnet, der den mindestens einen Rotor antreibt. Üblicherweise ist die Antriebswelle zur Rotorachse axial angeordnet.
Mit Turbomolekularpumpen können hohe Kompressionsverhältnisse erzielt werden. Turbomolekularpumpen weisen gegenüber der Einlassöffnung, beziehungsweise dem Einlassstutzen eine sehr kleine Auslassöffnung, beziehungsweise einen kleinen Auslassstutzen auf. Mit dem Auslassstutzen ist üblicherweise über eine Leitung eine Vorvakuumpumpe verbunden.
Anordnungen mit Vakuumpumpe und Rezipienten, im Folgenden Kammer genannt, unterliegen einer Vielzahl von Anforderungen hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung. So besteht beispielsweise beim Bau von Massenspektrometern der Wunsch nach kompakten Abmessungen des Gesamtsystems. Dies führt oftmals zu einer Positionierung der Vakuumpumpe im Endgerät, bei der ihre Zugänglichkeit erheblich eingeschränkt ist. Trotzdem soll der Service an diesen Vakuumpumpen, beispielsweise der präventive Austausch von Wälzlagern leicht möglich sein.
Gemäß dem Stand der Technik ( EP 2 228 540 A2 ) wird hierzu eine Anordnung mit einer Vakuumpumpe vorgeschlagen, welche einen Pumpenflansch aufweist. Die Anordnung weist einen Kammerflansch auf und eine den Pumpenflansch und den Kammerflansch umfassende Flanschverbindung zur vakuumdichten Verbindung von Kammer und Vakuum. Bei der Anordnung ist eine Kraftübertragungsstruktur vorgesehen, welche eine Kraft von einer Einleitungsstelle an wenigstens eine in der Flanschverbindung liegende Wirkstelle überträgt.
Das bedeutet, dass die Vakuumpumpe üblicherweise in einer hierfür vorgesehenen Aufnahme der Anordnung angeordnet wird. Die Aufnahme kann in der Art eines Schienensystems ausgebildet sein. Pumpenflansch und Kammerflansch werden vakuumdicht miteinander verbunden. Hierbei werden Einlassöffnungen der Pumpe derart angeordnet, dass sie mit Auslassöffnungen der Kammer fluchtend und sich überdeckend angeordnet sind. Diese zum Stand der Technik gehörende Pumpe kann leicht aus der Anordnung nach Lösen der entsprechenden Verbindungs- und Befestigungsmittel herausgezogen werden, beispielsweise um einen präventiven Austausch von Wälzlagern vorzunehmen.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen müssen kundenspezifische Anforderungen hinsichtlich der Lage der Auslässe der Kammern und der Geometrie zur Aufnahme der Vakuumpumpen erfüllen.
In einem System mit mehreren Ansaugöffnungen für verschiedene Druckniveaus werden, wie aus der Praxis bekannt, mehrere diskrete Pumpen eingesetzt. Besonders bei Massenspektrometern mit Time-Of-Flight-Systemen können zwischen den verschiedenen Ansaugöffnungen erhebliche Abstände entstehen. Time-Of-Flight-Massenspektrometer sind eine Unterklasse der Massenspektrometer. Es handelt sich hierbei um Flugzeitmassenspektrometer.
Aus der Praxis ist bekannt, bei diesen Anwendungen so genannte Splitflowpumpen einzusetzen. Bei den Splitflowpumpen handelt es sich um Vakuumpumpsysteme für mehrstufige Gaseinlasssysteme, wie sie beispielsweise aus der DE 43 31 589 A1 bekannt sind.
Diese zum Stand der Technik gehörenden Splitflowpumpen weisen üblicherweise Baulängen bis zu 500 Millimetern auf. Sind die Ansaugöffnungen jedoch weit voneinander entfernt, können, wie aus der Praxis bekannt, nur mit sehr großen und sehr teueren Bearbeitungsmaschinen Gehäuse gefertigt werden, die lang genug sind, um die großen Abstände der Ansaugöffnungen zu überbrücken.
Zum Stand der Technik ( EP 0 731 278 A1 ) gehört eine Molekularvakuumpumpe, deren Gehäuse in mehrere Gehäusebauteile unterteilt ist. Diese zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe kann hinsichtlich ihres Betriebes in Bezug auf eine Schwingungsentkopplung oder thermische Entkopplung noch verbessert werden.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( DE 10 2008 061 805 A1 ) eine Vakuumpumpe mit mehreren Pumpeinrichtungen, die ebenfalls hinsichtlich einer Schwingungsentkopplung oder einer thermischen Kopplung noch verbessert werden kann.
Darüber hinaus gehört zum Stand der Technik ( EP 1 715 190 A1 ) ein schwingungsreduzierendes Bauteil und ein damit ausgerüstetes Vakuumpumpsystem. Um die Reduktion von übertragenen Schwingungen zu verbessern, wird gemäß diesem Stand der Technik vorgeschlagen, mindestens eines der schwingungsreduzierenden Bauteile als ein aktives Bauelement auszubilden, welches zu Schwingungen angeregt werden kann. Diese Ausführungsform ist relativ aufwendig und kostenintensiv.
DE 10 2010 032 346 A1 und US 6435811 B1 offenbaren weitere Vakuumpumpen des Standes der Technik.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, die zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe sowie die Anordnung mit einer Vakuumpumpe derart zu verbessern, dass kundenspezifische Anforderungen einfacher und kostengünstiger realisiert werden können und dass kostengünstig Vakuumpumpen mit großen Baulängen herstellbar sind.
Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Anordnung mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einer Pumpeinheit, welche lediglich eine Antriebseinheit für einen Rotor, der in einem Stator drehbar gelagert ist, aufweist, bei dem an dem Gehäuse in axialer Richtung wenigstens ein angesetztes, mit dem Gehäuse verbindbares, zusätzliches Gehäuseteil angeordnet ist, und bei dem in axialer Richtung in dem Gehäuse eine Einlassöffnung und in dem wenigstens einen zusätzlichen Gehäuseteil eine Auslassöffnung vorgesehen sind, zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil eine Gesamtlänge von wenigstens 550 Millimetern, vorzugsweise von wenigstens 700 Millimetern aufweisen, dass das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil keinen axialen Einlass und wenigstens einen radialen Einlass aufweist und dass der wenigstens eine radiale Einlass des angesetzten Gehäuseteiles vorzugsweise an einem antriebsfernen Ende des angesetzten Gehäuseteiles angeordnet ist, dass in dem Gehäuse und in dem angesetzten Gehäuseteil wenigstens teilweise pumpaktive Strukturen der Vakuumpumpe angeordnet sind, und dass die Einlassöffnung des Gehäuses und die Auslassöffnung des angesetzten Gehäuseteiles sich überdeckend ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist den Vorteil auf, dass durch das zusätzliche, in axialer Richtung angesetzte Gehäuseteil eine große Baulänge der Vakuumpumpe, wie sie häufig von Kundenseite gefordert wird, realisierbar ist. Darüber hinaus kann eine Standard-Vakuumpumpe verwendet werden, und das angesetzte Gehäuseteil weist dann die für die kundenspezifischen Anforderungen geforderten Abmessungen auf.
Darüber hinaus können Vakuumpumpen mit einem durchgehenden Gehäuse mit größeren Baulängen hergestellt werden, als es mit den bisher bekannten Werkzeugen möglich ist. Die Baulänge des Gehäuses ist nämlich durch die zum Stand der Technik gehörenden Werkzeugmaschinen in der Länge begrenzt.
Durch das Vorsehen wenigstens eines zusätzlichen Gehäuseteiles können im Prinzip beliebige Längen geschaffen werden.
Dabei weist das angesetzte Gehäuseteil gegenüber einem beispielsweise angesetzten Rohr den Vorteil auf, dass der Durchmesser und die Außenkontur des Gehäuses durchgehend und gleichbleibend für die gesamte Vakuumpumpe ausgebildet sind, so dass Flansche, Öffnungen, Schienensysteme und dergleichen in Anordnungen, beispielsweise mit einem Massenspektrometer von der erfindungsgemäßen Pumpe genutzt werden können.
Darüber hinaus weisen angesetzte Rohre häufig eine Abwinklung auf, um mit einem in radialer Richtung zur Längsachse der Pumpe angeordneten Auslass einer Pumpenkammer verbunden werden zu können. Durch diese Abwinklung ist eine zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe mit einem angesetzten Rohr in bestehenden Aufnahmen einer Anordnung nicht einsetzbar.
Erfindungsgemäß weist das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil wenigstens einen radialen Einlass auf.
Dieser radiale Einlass dient zur Verbindung mit einem Auslass einer Pumpenkammer der Anordnung, in der die Vakuumpumpe angeordnet wird.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuse der Vakuumpumpe und dem angesetzten Gehäuseteil wenigstens ein thermisch isolierendes und/oder schwingungsentkoppelndes und/oder elektrisch isolierendes Element vorgesehen ist. Diese Funktion kann zum Beispiel in einem besonders gestalteten Dichtungselement integriert sein.
Hierdurch ist es möglich, beispielsweise eine thermische Entkopplung zwischen den Gehäuseteilen zu verwirklichen. Auch eine elektrische Isolierung und/oder eine Schwingungsentkopplung ist hierdurch möglich.
Weist die Anordnung mehrere Kammern auf, ist es vorteilhaft, wenn das angesetzte Gehäuseteil eine entsprechende Anzahl von Einlässen aufweist, die jeweils mit dem Auslass der Kammern zur Deckung kommen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine radiale Einlass des angesetzten Gehäuseteiles an einem antriebsfernen Ende des angesetzten Gehäuseteiles angeordnet ist.
Anordnungen, beispielsweise mit Massenspektrometern mit Time-Of-Flight-Systemen, weisen häufig erhebliche Abstände zwischen den verschiedenen Ansaugöffnungen auf. Dadurch, dass in dem angesetzten Gehäuseteil die radialen Einlässe kundenspezifisch ausgebildet sein können, ist es von Vorteil, den wenigstens einen Einlass oder den letzten radialen Einlass am antriebsfernen Ende, das heißt an dem Ende des Gehäuseteiles, der von den pumpaktiven Strukturen entfernt angeordnet ist, vorzusehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse der Vakuumpumpe wenigstens einen radialen Einlass auf. Das bedeutet, dass die Vakuumpumpe in dem Gehäuse, an dem das zusätzliche Gehäuse angesetzt wird, selbst schon wenigstens einen radialen Einlass aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil wenigstens teilweise eine zu dem Gehäuse gleiche Außenkontur auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Gehäuse der Vakuumpumpe und das angesetzte Gehäuseteil die Außenkontur und Form eines einzigen Gehäuses aufweist. Hierdurch ist es möglich, die Vakuumpumpe besonders vorteilhaft in einer Aufnahme einer Anordnung, beispielsweise mit einem Massenspektrometer, anzuordnen.
Die identischen Außenkonturen von Gehäuse und angesetztem Gehäuseteil können beispielsweise durch Einschnürungen unterbrochen werden.
Erfindungsgemäß sind in dem angesetzten Gehäuseteil wenigstens teilweise pumpaktive Strukturen der Vakuumpumpe angeordnet.
Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass ein Lagerstern für ein Lager des Rotors der Vakuumpumpe in dem angesetzten Gehäuseteil angeordnet ist.
Andere Bauteile können ebenfalls in dem Gehäuseteil vorgesehen werden.
Ein nicht beanspruchtes Beispiel sieht vor, dass in dem angesetzten Gehäuseteil keine pumpaktiven Strukturen der Vakuumpumpe angeordnet sind. In diesem Fall bildet das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil eine reine Verlängerung des Gehäuses der Vakuumpumpe.
Das Gehäuse und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil weisen erfindungsgemäß eine Gesamtlänge von wenigstens 550 Millimetern auf. Längen von Gehäusen von Vakuumpumpen mit weniger als 500 Millimetern lassen sich mit dem üblichen Kostenaufwand auf herkömmlichen Maschinen fertigen.
Das Gehäuse und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil weisen vorteilhaft eine Gesamtlänge von wenigstens 700 Millimetern auf. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Längen von mehr als 550 Millimetern, beispielsweise Längen von mehr als 700 Millimetern sinnvoll einsetzbar.
Erfindungsgemäß sind die Einlassöffnungen des Gehäuses und die Auslassöffnung des angesetzten Gehäuseteiles sich überdeckend ausgebildet. Hierdurch wird gewährleistet, dass das angesetzte Gehäuseteil wie eine Verlängerung des Gehäuses der Vakuumpumpe wirkt.
Gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel sind die Einlassöffnung eines ersten angesetzten Gehäuseteiles und die Auslassöffnung eines zweiten angesetzten Gehäuseteiles sich ebenfalls überdeckend ausgebildet, um eine weitere Verlängerung des Gehäuses zu ermöglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumpumpe als Turbomolekularpumpe ausgebildet.
Es ist jedoch auch möglich, andere Pumpentypen mit der erfindungsgemäßen Gehäuseverlängerung vorzusehen.
Die Vakuumpumpe kann gemäß einer weiteren Ausführungsform als Pumpe mit wenigstens zwei Gaseinlässen ausgebildet sein. Dieser Pumpentyp wird auch Splitflowpumpe genannt. Dieser Pumpentyp mit einem mehrstufigen Gaseinlasssystem wird häufig in Anordnungen beispielsweise mit Massenspektrometern verwendet. Gerade bei diesen Anordnungen ist eine an kundenspezifische Anforderungen angepasste Ausführung des Gehäuses auch häufig gewünscht.
Die Vakuumpumpe kann beispielsweise wenigstens eine Turbomolekularpumpstufe und/oder wenigstens eine Holweckpumpstufe aufweisen. Die wenigstens eine Holweckpumpstufe ist üblicherweise der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe in Gasförderrichtung nachgeordnet. Die Gaseinlässe sind vorzugsweise vor, zwischen oder hinter den Turbomolekularpumpstufen und/oder Holweckpumpstufen angeordnet.
Die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Anspruch 5 mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Anordnung ein Massenspektrometer aufweist, dass die Anordnung wenigstens einen Pumpenflansch und eine Kammer mit einem Kammerflansch aufweist, wobei die Anordnung eine einen Pumpenflansch und einen Kammerflansch umfassende Flanschverbindung zur vakuumdichten Verbindung von Kammer und Vakuumpumpe aufweist, und dass das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil wenigstens einen radialen Einlass aufweist, der mit wenigstens einer Kammer der Anordnung verbindbar ausgebildet ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausführung einer Anordnung mit einer Vakuumpumpe kann die Vakuumpumpe in einer Anordnung mit mehreren Ansaugöffnungen verwendet werden, bei denen die Ansaugöffnungen weit voneinander entfernt sind, ohne dass besonders hohe Bearbeitungs- und Fertigungskosten bei der Herstellung des Gehäuses auftreten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine Kraftübertragungsstruktur auf, welche als eine eine Kraft von einer Einleitungsstelle an wenigstens eine in der Flanschverbindung liegende Wirkstelle übertragende Kraftübertragungsstruktur ausgebildet ist. Diese Kraftübertragungsstruktur ist in der EP 2 228 540 A2 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Anordnung wird bei Anordnungen mit Massenspektrometern eingesetzt, da in diesen Anordnungen mehrere Gaseinlässe vorliegen, die unter Umständen Ansaugöffnungen aufweisen, die weit auseinander liegen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse der Vakuumpumpe und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil eine an eine in der Anordnung angeordnete Aufnahme angepasste Außenkontur auf. Hierdurch ist es möglich, die Vakuumpumpe mit dem wenigstens einen angesetzten Gehäuseteil in eine vorgegebene Struktur einer Anordnung einzufügen. Die Aufnahmen in den Anordnungen für Gehäuse von Vakuumpumpen sind der Außenkontur des Gehäuses der Vakuumpumpe angepasst ausgebildet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das angesetzte Gehäuseteil die gleiche Außenkontur aufweist, damit auch die Aufnahme des Gehäuses mit dem angesetzten Gehäuseteil problemlos möglich ist.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil einen Versatz zu dem Gehäuse der Vakuumpumpe aufweist. Diese Ausgestaltung wird bei entsprechenden kundenspezifischen Anforderungen realisiert.
Da durch Toleranzen von einzelnen Gehäuseteilen und beim Fügeprozess Form- und Lageabweichungen des Gehäuses und des wenigstens einen angesetzten Gehäuseteiles zueinander entstehen, ist es vorteilhaft, das Lager der Hochvakuumseite in dem Gehäuse der Vakuumpumpe vorzusehen. Die Toleranzen für die angesetzten Gehäuseteile können dann größer gewählt werden.
Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Pumpe mit einem Schienensystem in einer Anordnung befestigt. Das Schienensystem erlaubt die Montage und Demontage der Vakuumpumpe von einer Seite durch axiales Einschieben beziehungsweise Herausziehen, wie in der EP 2 228 540 A2 beschrieben. Die Zugänglichkeit der Pumpe muss dann für die Montage und Demontage nur noch von einer Seite gegeben sein, wodurch die Systeme kompakter gebaut werden können, beziehungsweise die Pumpe mit geringerem Aufwand gewartet oder getauscht werden kann.
Vorteilhaft werden die Bereiche zwischen den Dichtebenen auf den angesetzten Gehäuseteilen zurückgesetzt ausgeführt, damit aufgrund von Balligkeiten und sonstigen Form- und Lagerfehlern das Gehäuse nicht unter Spannung gesetzt und so unzulässig verformt wird.
Durch den großen Abstand der radialen Ansaugöffnung in dem angesetzten Gehäuseteil zu dem Gehäuse wird es möglich, besonders den Hochvakuumbereich der Pumpe mit höheren Temperaturen auszuheizen. Die große Oberfläche und die Baulänge des wenigstens einen angesetzten Gehäuseteiles wirken sich positiv auf das Temperaturverhalten der Pumpe aus.
Durch die Mehrstückigkeit ist es möglich, zusätzlich eine thermische Entkopplung zwischen den Gehäuseteilen und dem Gehäuse der Vakuumpumpe zu verwirklichen.
Ein modularer Aufbau eines Gehäuses einer Vakuumpumpe als Basispumpe mit verschiedenen Gehäuseverlängerungen, das heißt verschieden langen angesetzten Gehäuseteilen, ist durch die Erfindung möglich. Es ist jedoch auch möglich, die Basispumpe mit einem Deckel anstelle einer Verlängerung zu betreiben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine nicht beanspruchte Vakuumpumpe mit insgesamt drei Einlässen;
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit insgesamt zwei Einlässen;
Fig. 3: eine Vakuumpumpe im Längsschnitt ohne pumpaktive Strukturen;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Vakuumpumpe;
Fig. 5: einen Längsschnitt der Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäuseteil (nicht zur Erfindung gehörend);
Fig. 6: einen Längsschnitt der Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäuseteil;
Fig. 7: einen Längsschnitt der Verbindung zwischen Gehäuse und Gehäuseteil;
Fig. 8: eine Schraubenverbindung zwischen Gehäuse und Gehäuseteil;
Fig. 9: eine Darstellung einer Anordnung mit Kammer und nicht beanspruchter Vakuumpumpe in einem Gesamtsystem;
Fig. 10: einen Schnitt durch die Flanschverbindung entlang der Linie I-I' der Fig. 9;
Fig. 11: einen Schnitt durch die Flanschverbindung entlang der Linie II-II' der Fig. 10.

Fig. 1 zeigt eine nicht beanspruchte Vakuumpumpe 1 mit einem Gehäuse 2. Die Vakuumpumpe 1 weist einen Rotor 3 auf, der Rotorschaufeln 4 trägt. Die Rotorschaufeln 4 wechseln sich mit Statorschaufeln 5 ab und bilden verschiedene Vakuumpumpstufen der Pumpe 1.
Der Rotor 3 ist mittels eines Lagersternes 6 hochvakuumseitig gelagert. Wegen der besseren Übersicht sind die Lager nicht dargestellt. Vorvakuumseitig ist der Rotor 3 ebenfalls mittels Lagern, beispielsweise Kugellagern, gelagert.
Das Gehäuse 2 der Vakuumpumpe 1 weist einen axialen Einlass 7 auf. Darüber hinaus sind zwei radiale Einlässe 8 und 9 vorgesehen.
An dem Gehäuse 2 ist ein zusätzliches Gehäuseteil 10 angeordnet, welches einen weiteren radialen Einlass 11 aufweist. Das Gehäuseteil 10 weist den gleichen Querschnitt und die gleiche Außenkontur wie das Gehäuse 2 auf. Ein Auslass 12 des Gehäuseteiles 10 ist vollständig überdeckend mit dem Einlass 7 des Gehäuses 2 ausgebildet.
Das Gehäuse 2 weist darüber hinaus einen radialen Auslass 13 auf, der beispielsweise mit einer Vorvakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
Die pumpaktiven Strukturen wie Rotor 3, Rotorschaufeln 4, Statorschaufeln 5, Lagerstern 6 sind gemäß Fig. 1 vollständig in dem Gehäuse 2 angeordnet. Das angesetzte Gehäuseteil 10 bildet lediglich eine Verlängerung des Gehäuseteiles 2. Durch dieses Beispiel ist es möglich, dass das Gehäuse 2 und das angesetzte Gehäuseteil 10 eine Gesamtlänge L von mindestens 550 Millimetern, vorzugsweise von mindestens 700 Millimetern aufweist. Hierdurch ist es möglich, die Ansaugöffnung 11 relativ weit entfernt von den Ansaugöffnungen 8, 9 anzuordnen, ohne dass das Gehäuse 2, wenn es einstückig ausgebildet wäre, mit aufwändigen Fertigungsmaschinen gefertigt werden muss.
Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gehäuseteil 10 ist eine Schnittstelle 19 vorgesehen, die in den Fig. 5 bis 8 beschrieben wird.
Gemäß Fig. 2 ist Z erfindungsgemäß die Vakuumpumpe 1 dargestellt mit dem Gehäuse 2 und dem angesetzten Gehäuseteil 10.
Gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszahlen auf und werden im Einzelnen nicht noch einmal genauer beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 2 lediglich einen radialen Einlass 9 auf.
Das angesetzte Gehäuseteil 10 verlängert die Baulänge des Gehäuseteiles 2, so dass die Baulänge des Gehäuses 2 und des angesetzten Gehäuseteiles 10 fast doppelt so lang sind wie die Baulänge des Gehäuseteiles 2.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist ein Teil der pumpaktiven Strukturen in dem angesetzten Gehäuseteil 10 angeordnet. So befindet sich zum Beispiel der Lagerstern 6 und die hochvakuumseitig angeordnete Pumpstufe in dem angesetzten Gehäuseteil 10.
Fig. 3 zeigt eine weitere Vakuumpumpe 1, bei der keine pumpaktiven Strukturen innerhalb des Gehäuses 2 dargestellt sind. In dem Gehäuse 2 sind die Einlässe 8, 9 und der radiale Auslass 13 angeordnet. Das Gehäuseteil 10 weist einen radialen Einlass 11 auf. Das Gehäuse 2 weist darüber hinaus eine Einschnürung 14 auf, um eine Reduzierung des Wärmestromes vom Hochvakuum zum Rotor, beziehungsweise zum Gehäuseteil 2 zu reduzieren.
Fig. 4 zeigt die Vakuumpumpe 1 mit dem Gehäuse 2 und dem angesetzten Gehäuseteil 10 sowie den Einlässen 8, 9 und 11. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, weisen das Gehäuse und das Gehäuseteil 10 die gleiche Aussenkontur auf. Beispielsweise setzen sich Kühlrippen 15 des Gehäuses 2 formidentisch als Kühlrippen 16 an dem Gehäuseteil 10 fort. In Fig. 4 ist darüber hinaus die Einschnürung 14 deutlich zu erkennen. Darüber hinaus sind an dem Gehäuse 2 und an dem Gehäuseteil 10 Leisten 17, 18 angeordnet, die eine zusätzliche Stabilisierung der Gehäuseteile 2, 10 zueinander und über die gesamte Länge der Vakuumpumpe 1 gewährleisten.
Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gehäuseteil 10 erfolgt über eine Schnittstelle 19. Gemäß Fig. 5, die ein nicht zur Erfindung gehörendes Ausführungsbeispiel darstellt, ist in der Schnittstelle 19 eine O-Ringdichtung 20 vorgesehen, um eine vakuumdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gehäuseteil 10 zu erzielen.
Gemäß Fig. 6 weist die Schnittstelle 19 zusätzlich zu dem O-Ring 20 ein Dichtungselement 21 auf. Das Dichtungselement kann als thermisches und/oder schwingungsentkoppelndes und/oder elektrisches Dichtungselement ausgebildet sein.
Fig. 7 zeigt die Schnittstelle 19 mit dem O-Ring 20 und einem Dichtungselement 22, welches ebenfalls als thermisches und/oder schwingungsentkoppelndes und/oder elektrisches Dichtungselement 22 ausgebildet sein kann.
Gemäß Fig. 8 ist eine Schraubverbindung zur Verbindung des Gehäuses 2 und des Gehäuseteiles 10 dargestellt. Diese Schraubverbindung dient zur vakuumdichten und mechanischen Verbindung des Gehäuses 2 und des Gehäuseteiles 10.
Die Schraubverbindung besteht aus einer Schraube 25 sowie einer Scheibe 26, die auf einem Elastomer 24 zur Schwingungsentkopplung gelagert ist. Als Kraftübertragungselement ist eine Hülse 23 vorgesehen.
Fig. 9 zeigt die Anordnung einer nicht beanspruchten Vakuumpumpe 1, die in einem Gesamtsystem mit einer Anordnung aus der Vakuumpumpe 1 und einer Kammer 102 dargestellt ist.
Die Kammer 102 ist als Mehrkammersystem zum differenziellen Pumpen gestaltet und weist daher eine Vorvakuumkammer 121, eine Mittelkammer 122, eine weitere Mittelkammer 123 und eine Hochvakuumkammer 166 auf. Diese Kammern sind über Öffnungen 125, 126, 167 miteinander verbunden, durch welche beispielsweise ein Gasteilchenstrahl hindurchtritt. In der Hochvakuumkammer 166 ist ein Detektor, beispielsweise ein Massenspektrometer 124 vorgesehen, welcher von einer Ansteuerungsbaugruppe 136 angesteuert wird. Die Kammer 102 weist einen Kammerflansch 120 auf, mit welchem ein Pumpenflansch 110 verbunden ist.
Der Pumpenflansch 110 ist Teil der Vakuumpumpe 1, welche eine Welle 111 umfasst, die mit einem hochvakuumseitigen Lager 113, beispielsweise einem Permanentmagnetlager, drehbar unterstützt ist. Die Welle 111 wird von einem Antrieb 114 in Drehung versetzt, so dass in den Pumpstufen 115, 116 Kompression und Saugvermögen aufgebaut werden.
Der Einlass der Pumpstufe 115 steht über eine Ansaugöffnung 127 mit der Mittelkammer 122 in Verbindung. Die Pumpstufe 116 steht mit der Mittelkammer 123 über die Ansaugöffnung 128 in Verbindung. Die Pumpstufe 168 steht über die Ansaugöffnung 169 mit der Hochvakuumpumpkammer 166 in Verbindung.
Gas tritt durch die Ansaugöffnung 169 in die Vakuumpumpe 1 ein, wird durch die Pumpstufe 168 verdichtet, danach mit dem durch die Ansaugöffnung 128 in die Vakuumpumpe 1 eintretenden Gas zusammengeführt und gemeinsam mit diesem von der Pumpstufe 116 weiter verdichtet. Es erfolgt eine weitere Zusammenführung mit dem aus der Mittelkammer 122 durch die Ansaugöffnung 127 eintretenden Gas und eine weitere Verdichtung durch die Pumpstufe 115. Die Auslässe der Vakuumpumpe 1 und der Vorvakuumkammer 121 sind über eine Vorvakuumzuleitung 141 mit einer Vorpumpe 140 verbunden, welche das Gas weiter verdichtet und gegen Atmosphäre ausstößt. Die Pumpstufen 115, 116 und 168 sind vorzugsweise als Turbomolekularpumpstufen ausgebildet.
Die Vakuumpumpe 1 und Kammer 102 werden von einem Gestell 130 getragen. Die Vakuumpumpe 1 ist über eine Flanschverbindung mit der vakuumdichten Kammer, das heißt über deren Flansch und einem Pumpenflansch, verbunden. Dieses Gestell 130 trägt zudem die Ansteuerungsbaugruppe 136 des Massenspektrometers sowie weitere Komponenten 133, 134, 135, beispielsweise Netzteile, Recheneinheiten und dergleichen mehr. Das Gestell 130 ist mit einer Verkleidung 131 abgedeckt. Die Vakuumpumpe 1 und die Kammer 102 sind durch eine Klappe 132 zugänglich, jedoch von den anderen vom Gestell 130 getragenen Baugruppen und Komponenten umgeben. Die Flanschverbindung ist daher schwer und im Wesentlichen nur von der Seite zugänglich, die der Klappe 132 zugewandt ist. Die Montage und Demontage der Vakuumpumpe können daher nur von dieser Seite erfolgen.
Die Vakuumpumpe 1 weist das Gehäuse 2 und das angesetzte Gehäuseteil 10 auf. Das angesetzte Gehäuseteil 10 weist den Einlass 11 auf, der mit der Ansaugöffnung 169 in Verbindung steht. Durch das angesetzte Gehäuseteil 10 weist die Vakuumpumpe eine Gesamtlänge auf, die aufgrund der in Fig. 9 dargestellten Anordnung erforderlich ist.
Die Montage wird problemlos durch die Kraftübertragungsstruktur gemäß den Fig. 10 und 11 ermöglicht.
Fig. 10 zeigt eine Kraftübertragungsstruktur 165 im Querschnitt zur Welle 111 durch die Vakuumpumpe und Flanschverbindung entlang der Linie I-I' der Fig. 9. Kammerflansch 120 und Pumpenflansch 110 berühren einander. Zur vorvakuumdichten Verbindung ist eine Dichtung 119 vorgesehen, die die Ansaugöffnung 127 am Flansch umgibt. In der Vakuumpumpe 1 sind in diesem Schnitt die zwischen den Pumpstufen vorgesehene und deren Komponente beabstandete Distanzhülse 118 und die letzte Statorscheibe 117 der hochvakuumseitigen Pumpstufe 168 zu sehen. Eine Befestigungsschraube 151 befestigt einen Haltewinkel 150 am Kammerflansch. Zwischen dem Haltewinkel und dem Pumpenflansch sind ein erstes Spreizelement 152 und ein zweites Spreizelement 153 angeordnet.
In Fig. 11 ist der dazugehörige Schnitt entlang der Linie II-II' der Fig. 10 und parallel zur Welle 111 gezeigt. Es wird ersichtlich, dass ein Teil des Haltewinkels 150, erstes Spreizelement 152, zweites Spreizelement 153 und ein Teil des Pumpenflansches 110 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Das erste Spreizelement 152 weist eine Keilfläche 158' und das zweite Spreizelement 153 eine Keilfläche 158 auf. Diese Keilflächen 158, 158' berühren einander derart, dass eine Verschiebung gegeneinander möglich ist. Bewirkt wird die Verschiebung durch eine Krafteinleitungsschraube 155, die durch eine Durchgangsbohrung in einem Arm 154 des ersten Spreizelementes hindurchragt und deren Gewindeteil in ein Gewinde des zweiten Spreizelementes 153 eingreift. Durch Anziehen der Schraube wird ein planare Kraft ausgeübt, die die Spreizelemente 152, 153 gegeneinander verschiebt. Durch Wirkung der Keilflächen wird die Kraftrichtung in eine axiale Richtung umgewandelt. Es wird anschließend eine axiale Anpresskraft 160 an der Wirkstelle 159 erzeugt, die Pumpenflansch 110 und Kammerflansch 120 gegeneinander drückt und so für die vakuumdichte Verbindung sorgt. Durch die Spreizelemente 152, 153 findet eine Kraftrichtungsumsetzung statt. Montage beziehungsweise Demontage der Vakuumpumpe 1 werden über Anziehen beziehungsweise Lösen der Schraube 155 erreicht.
Die Spreizelemente 152, 153 bewirken, dass in der Kraftübertragungsstruktur 165 eine Kraft von der Einleitungsstelle 156 an eine Wirkstelle 159 übertragen wird. Diese Kraftübertragung erlaubt es, eine Anpresskraft 160 auch an den Stellen zu erzeugen, die durch die im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebenen und die Vakuumpumpe 1 umgebenden Komponenten nicht zugänglich sind. Vorteilhaft an diesem Beispiel ist zudem, dass neben der Kraftübertragung auch eine Kraftverteilung über den Pumpenflansch stattfindet und so eine gleichmäßige Anpressung erzielt wird. Mit der Anzahl der Keilflächen und deren Winkel kann die Kraftverteilung der eingeleiteten Kraft auf den Flansch 10 eingestellt werden.
Dadurch, dass das Gehäuse 2 und das angesetzte Gehäuseteil 10 die gleiche Außenkontur aufweisen, wie in Fig. 4 dargestellt, lässt sich die Vakuumpumpe 1 problemlos in eine Anordnung, wie in Fig. 9 dargestellt, montieren. Die Vakuumpumpe ist, wie gemäß den Fig. 10 und 11 beschrieben, fest in der Anordnung fixiert. Mit dem angesetzten Gehäuseteil 10 ist es möglich, die kundenspezifischen Anforderungen, wie in einer Anordnung gemäß Fig. 9 dargestellt, preiswert und problemlos zu erfüllen.

Bezugszahlen

1: Pumpe
2: Gehäuse
3: Rotor
4: Rotorschaufeln
5: Statorschaufeln
6: Lagerstern
7: axialer Einlass
8: radialer Einlass
9: radialer Einlass
10: Gehäuseteil
11: Einlass
12: Auslass
13: Auslass
14: Einschnürung
15: Kühlrippen
16: Kühlrippen
17: Leiste
18: Leiste
19: Schnittstelle
20: O-Ring
21: Dichtungselement
22: Dichtungselement
23: Hülse
24: Elastomer
25: Schraube
26: Scheibe
102: Kammer
110: Pumpenflansch
111: Welle
112: Lager
113: Lager
114: Antrieb
115: Pumpstufe
116: Pumpstufe
117: Statorscheibe
118: Distanzhülse
119: Dichtung
120: Kammerflansch
121: Kammer
122: Kammer
123: Kammer
124: Massenspektrometer
125: Öffnung
126: Öffnung
127: Ansaugöffnung
128: Ansaugöffnung
130: Gestell
131: Verkleidung
132: Klappe
133: elektronische Komponente
134: elektronische Komponente
135: elektronische Komponente
136: Ansteuerbaugruppe
140: Vorpumpe
141: Vakuumzuleitung
150: Haltewinkel
151: Befestigungsschraube
152: erstes Spreizelement
153: zweites Spreizelement
154: Arm
155: Krafteinleitungsschraube
156: Einleitungsstelle
158: Keilfläche
158': Keilfläche
159: Wirkstelle
160: Anpresskraft
165: Kraftübertragungsstruktur
166: Hochvakuumkammer
167: Öffnung
168: Pumpstufe
169: Ansaugöffnung

Claims

Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und einer Pumpeinheit, welche lediglich eine Antriebseinheit für einen Rotor, der in einem Stator drehbar gelagert ist, aufweist, bei dem an dem Gehäuse (2) in axialer Richtung wenigstens ein angesetztes, mit dem Gehäuse (2) verbindbares, zusätzliches Gehäuseteil (10) angeordnet ist, und bei dem in axialer Richtung in dem Gehäuse (2) eine Einlassöffnung (7) und in dem wenigstens einen zusätzlichen Gehäuseteil (10) eine Auslassöffnung (12) vorgesehen sind,
wobei das Gehäuse (2) und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil (10) eine Gesamtlänge (L) von wenigstens 550 Millimetern, vorzugsweise von wenigstens 700 Millimetern aufweisen, wobei das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil (10) keinen axialen Einlass und wenigstens einen radialen Einlass (11) aufweist und wobei der wenigstens eine radiale Einlass (11) des angesetzten Gehäuseteiles (10) vorzugsweise an einem antriebsfernen Ende des angesetzten Gehäuseteiles (10) angeordnet ist,

wobei in dem Gehäuse (2) und in dem angesetzten Gehäuseteil (10) wenigstens teilweise pumpaktive Strukturen (4, 5, 6) der Vakuumpumpe (1) angeordnet sind, und wobei die Einlassöffnung (7) des Gehäuses und die Auslassöffnung (12) des angesetzten Gehäuseteiles (10) sich überdeckend ausgebildet sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) der Vakuumpumpe (1) wenigstens einen radialen Einlass (8, 9) aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil (10) eine zu dem Gehäuse (2) gleiche Außenkontur aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (1) wenigstens eine Turbomolekularpumpstufe und/oder wenigstens eine Holweckpumpstufe und wenigstens zwei Gaseinlässe (8, 9, 11) aufweist.
Anordnung mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein Massenspektrometer aufweist, dass die Anordnung wenigstens einen Pumpenflansch und eine Kammer mit einem Kammerflansch aufweist, wobei die Anordnung eine einen Pumpenflansch und einen Kammerflansch umfassende Flanschverbindung zur vakuumdichten Verbindung von Kammer und Vakuumpumpe aufweist, und dass der wenigstens eine radiale Einlass (11) mit wenigstens einer Kammer (166) der Anordnung verbindbar ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kraftübertragungsstruktur (165) aufweist, welche als eine eine Kraft von einer Einleitungsstelle (156) an wenigstens eine in der Flanschverbindung (110, 120) liegende Wirkstelle (159) übertragende Kraftübertragungsstruktur (165) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) der Vakuumpumpe (1) und das wenigstens eine angesetzte Gehäuseteil (10) eine an eine in der Anordnung angeordnete Aufnahme angepasste Außenkontur aufweisen.