EP3112689A1 - Split flow vacuum pump - Google Patents
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- EP3112689A1 EP3112689A1 EP15174845.6A EP15174845A EP3112689A1 EP 3112689 A1 EP3112689 A1 EP 3112689A1 EP 15174845 A EP15174845 A EP 15174845A EP 3112689 A1 EP3112689 A1 EP 3112689A1
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Classifications
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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
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-
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- F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
Definitions
- the invention relates to a vacuum pump in the design of a split flow pump.
- split-flow vacuum pumps are used in practice to simultaneously evacuate a plurality of chambers, for example a mass spectrometer system.
- the split-flow vacuum pumps make it possible to dispense with a pump system consisting of several individual pumps and to carry out the evacuation of several chambers with a single pump.
- split-flow vacuum pumps have the advantage that they only have a small space requirement for the vacuum system.
- the split-flow vacuum pumps are not only used in analytical instruments, but also, for example, in leak detectors whose analysis principle is also based on mass spectrometry.
- a turbomolecular pump which has a plurality of suction ports, which is in each case connected to one of the vacuum chambers of a device, for example a mass spectrometer.
- the suction ports deliver gas to various axially spaced locations of the rotor.
- several so-called rotor-stator packages are arranged, each compressing gas.
- a high vacuum side stator pack creates a pressure ratio between its inlet and outlet.
- the inlet is connected to a first vacuum chamber.
- the outlet is connected to the inlet of the next rotor-stator pack.
- this area is connected between two rotor-stator packages with a second vacuum chamber.
- each suction port is assigned a rotor-stator package. It turns out that compared to the diameter very long rotors are difficult to handle, since the rotors are operated at speeds in the range of some 10,000 revolutions per minute.
- multiple vacuum chambers are arranged in series and interconnected by low conductance holes. From one to the other end of the row decreases the pressure prevailing within the vacuum chamber gas pressure.
- the bores are designed so that a particle beam can pass through them and thus through the row of vacuum chambers.
- the vacuum chamber with the lowest pressure often contains an analyzer, such as a mass spectrometer.
- split-flow vacuum pumps which have three or four radial inlets and which have at least four pumping stages.
- Pumping stages are usually turbomolecular pumping stages. These are often combined with other pumping stages, for example Holweckpump taskn or Gaedepumpsayn.
- the length and rotor speed of the known from practice split-flow vacuum pumps is limited, inter alia, due to the natural oscillations of the rotors.
- a rotor can not be operated permanently in the range of a natural vibration frequency.
- the limiting element may on the one hand be the motor end, in which a cost due to a stiffener by larger shaft diameter, that is, larger drive magnets and motor stators, not target leader.
- the modal behavior of the rotor and in particular the rotor shaft can be critical for very long lengths.
- the technical problem underlying the invention is to provide a split-flow vacuum pump in which the weight of the shaft is reduced while maintaining rigidity, in order to be able to form long split-flow vacuum pumps with long shafts.
- a split-flow vacuum pump is to be specified, which has a rotor shaft with at least one shaft end, which has the desired stiffening cost.
- the split-flow vacuum pump according to the invention with at least two radial inlets having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least one disk package is arranged on the shaft, is characterized in that at least two grooves and / or in the shaft in the radial direction or bores are arranged which are formed longer in the axial direction of the shaft than in the circumferential direction of the shaft or that the shaft has at least one constriction in the axial direction.
- the modal behavior of the rotor, and rotor shaft in particular can be critical. Therefore, it must be attempted to reduce the mass and thus also the weight of the shaft while maintaining rigidity, especially in the radial direction.
- the shaft has grooves and / or bores.
- the grooves and / or bores are advantageously axial grooves, for example milling in the shaft.
- the grooves and / or holes are provided in areas where no rotor disks are arranged.
- the at least two grooves and / or bores are arranged radially symmetrically in the shaft. This is provided so that the shaft remains rotationally symmetric and has no imbalances.
- the at least two grooves and / or holes are arranged forming at least one ring in the shaft. This means that in a region in which no rotor disks or disk packages are arranged, the grooves and / or holes are arranged, distributed uniformly over the circumference of the shaft.
- these areas can each be provided with the grooves and / or bores.
- the grooves and / or bores have a rectangular and / or a conically tapering and / or a conically widening and / or a stepped stepped cross section.
- a variety of cross-sections are conceivable.
- the configuration of the shape of the cross sections depends on the particular application.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that the holes as through holes are formed.
- the holes are formed as through holes.
- the shaft which are formed as through holes, that is, that different holes in the surface of the shaft in the region of a core of the shaft are brought together.
- Another embodiment of the invention provides a split-flow vacuum pump having at least two radial inlets, the vacuum pump having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least one disk package is arranged on the shaft, which is characterized in that at least one Sleeve is arranged.
- the natural vibration frequencies of the rotor can be changed, so that the rotor does not have to be operated in the range of a natural vibration frequency. This also reduces the bearing forces.
- the sleeve has a ring on at least one end.
- the sleeve can be arranged for example on a tapered shaft end.
- a sleeve is arranged on the shaft at least in the region of the grooves and / or holes and / or the at least one constriction.
- the arrangement of the sleeve in the region of the grooves and / or holes and / or the at least one constriction increases the stability of the rotor shaft.
- a constriction leads to a loss of rigidity of the shaft, which can be compensated by the sleeve.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one sleeve is arranged on at least one shaft end in the region of a taper.
- the shaft ends usually taper to be placed in bearings, such as ball bearings or magnetic bearings.
- the sleeve contributes to increasing the rigidity of the shaft.
- the at least one sleeve is mounted on one side on the shaft and on an opposite side on at least one support ring. If, for example, the shaft has a step-shaped longitudinal section, that is to say it tapers stepwise, the sleeve can be arranged in the region of two adjacent steps. At the stage with the larger diameter, the sleeve can rest directly on the shaft. At the stage with the smaller diameter, the sleeve rests on the at least one support ring.
- a particularly preferred embodiment of the invention provides that at least one magnetic ring of a magnetic bearing is arranged between a region of the shaft carrying the sleeve and the at least one support ring. This makes it possible to stiffen the shaft at the shaft end and yet to provide magnetic rings, which are arranged on the smaller diameter of the shaft and thus less expensive.
- Another advantageous embodiment of the invention provides that the at least one sleeve is arranged on a region of the shaft with solid material.
- a modified advantageous embodiment of the invention provides that the at least one sleeve is arranged in a region without a rotor shaft between shaft elements.
- the shaft is formed as a split shaft and the sleeve connects the shaft elements.
- the weight of the rotor shaft is significantly reduced, which has an advantageous effect on the modal behavior of the shaft.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one bore is arranged in the sleeve.
- the bore is advantageously arranged in the region of the grooves and / or bores and / or constrictions. In the area of a vacuum pump, no gas-filled cavities should be present during the evacuation, since these gas-filled cavities degas during the evacuation process and thereby does not reach the actually achievable final pressure of the pump.
- the at least one sleeve is advantageously made of metal.
- metal aluminum, titanium or stainless steel can be selected.
- the at least one sleeve may also consist of a composite material with carbon fiber, for example carbon fiber reinforced plastic. It is also possible to use a combination of the materials of metal and the composite material with carbon fibers.
- the axial extent of the sleeve is greater than its outer diameter.
- the sleeve contributes optimally to improving the rigidity of the shaft.
- the at least one sleeve can be designed such that it is fastened in front of and behind the motor magnet on the rotor shaft. This makes it possible to design the magnetic rings with a small diameter and thus perform cost-effective.
- the at least one sleeve can be applied to the rotor shaft and are connected in the direction of bearing end, for example by a ring with the shaft.
- a sleeve according to the invention can likewise be provided here.
- This sleeve can be arranged on the solid shaft.
- the connection between the solid shaft and the sleeve can be made for example by shrinking, pressing and / or gluing or other types of fastening.
- the sleeve in a region of the shaft with at least one constriction or at least one recess and / or grooves and / or holes. Due to the reduced mass, on the small Diameter of the rotor contributes little to the rigidity, can increase the natural frequency of the rotor through the sleeve. It is also positive that the support forces are reduced in this way and, for example, when using a permanent magnet bearing possibly ring magnet pairs can be saved to reduce costs.
- the fit of fit of the rotor disks may be provided on a smaller outer diameter than the outer diameter of the sleeve. This is advantageous if otherwise the coil of the rotor disk, around which the rotor blades are arranged, would become too weak if the diameter of the adapter were too large, as a result of which the rotor disk would no longer be securely seated on the rotor during operation.
- a pump structure is additionally applied to the sleeve on the outer lateral surface.
- Pump structures may be, for example, a turbo structure, a cross channel structure, a thread structure or a Holweck structure or a combination of these structures.
- the at least one ring can be arranged on one side or on both sides preferably at the end of the sleeve.
- the ring can be fixedly arranged on the sleeve. It is also possible, the at least one ring in one piece with the Form sleeve.
- the ring is formed as an inner ring on the sleeve.
- the sleeve serves to increase the stability.
- a constriction that is, a region in which the shaft has a smaller diameter than the diameter
- are arranged on the rotor disks and / or rotor packages may be provided to increase the stability of a sleeve.
- bores may be provided to degas from the sleeve covered cavities in the shaft can.
- the sleeve is advantageously made of a material which has a quotient of modulus of elasticity and density which is greater than the quotient of elastic modulus and density of the shaft.
- Another embodiment of the invention provides a split-flow vacuum pump having at least two radial inlets, the vacuum pump having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein on the shaft at least one disk package is arranged, which is characterized in that the shaft along one Having longitudinal axis disposed inner bore.
- a shaft end, in which the inner bore is arranged is cup-shaped in cross-section without inner bearing journal. It is by omitting the inner journal possible to arrange the inner bore in said shaft end.
- This advantageous embodiment of the vacuum pump it is possible to provide at least one secondary inlet in addition to the main inlets.
- the main inlets are located between the pumping stages as known in the art.
- at least one further inlet is provided which is arranged in the region of at least one turbomolecular pumping stage.
- a so-called tap that is, the inlet is not between the turbomolecular pumping stages, but that the tap leads radially into a disk pack of the at least one turbomolecular pumping stage.
- the at least one secondary inlet has a central axis and the central axis is between a first and a last disc of the at least one turbomolecular pumping stage arranged.
- the secondary inlet actually leads between the disks of the disk package of the at least one turbomolecular pumping stage.
- additional inlets are provided so that a larger number of vacuum chambers can be evacuated.
- the at least one secondary inlet is arranged between two stator disks and / or between two rotor disks and / or between a stator disk and a rotor disk of at least one turbomolecular pumping stage.
- the secondary inlet is arranged between the disks of a stator pack, while a main inlet is arranged between the stator packs.
- the at least one secondary inlet is arranged between two adjacent stator disks and / or between adjacent rotor disks and / or between a stator disk and an adjacent rotor disk of at least one turbomolecular pumping stage.
- the secondary inlets are chosen to be relatively small in diameter and arranged between the discs.
- a pumping speed of the at least one secondary inlet is less than the suction capacity of a main inlet.
- the secondary inlets serve to increase the number of taps of a multi-chamber system to be evacuated.
- the main inlets can have a relatively large cross section.
- the secondary inlets lead between disks of turbomolecular pumping stages and therefore have only a relatively small cross-section.
- n-1 secondary inlets are provided in the case of n disks.
- the number of secondary inlets is less than the number of slices. If a disk pack of the turbomolecular pumping stage is formed from two disks, a secondary inlet can be provided between these two disks.
- turbomolecular pumping stage it is also possible to provide a plurality of radial secondary inlets in the region of a turbomolecular pumping stage. Likewise, it is also possible to provide one or more secondary inlets at multiple turbomolecular pumping stages in each of these turbomolecular pumping stages. Various turbomolecular pumping stages may be formed with and without secondary inlets.
- At least one turbomolecular pumping stage at least one Holweck pumping stage and / or one Siegbahn pumping stage and / or one Gaedepumpprocess and / or a 9.kanalpumpprocess and / or a Gewindepumpch is provided.
- Split-flow vacuum pumps usually consist of one or more turbomolecular pumping stages and at least one other of said pumping stages.
- the pressure conditions in the chambers to be evacuated can be adjusted accordingly.
- a main inlet between the pumping stages for example between two turbomolecular pumping stages, and for example additionally to arrange a Holweck pumping stage.
- at least one further secondary inlet is additionally arranged in the region of the at least one turbomolecular pumping stage.
- a turbomolecular pump stage is formed from one or more rotor disks and / or from one or more stator disks.
- a pumping stage usually consists of at least one stator disk and at least one rotor disk. Often, a plurality of stator disks and a plurality of rotor disks, which engage alternately, are provided. According to the invention, it is advantageously provided that n-1 secondary inlets are provided for n disks. For example, if a stator disk and a rotor disk are provided which form a turbomolecular pump stage, the inlet is arranged between these disks.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that a stator disk and an adjacent rotor disk of a turbomolecular pumping stage define an axial length L, and that a distance between two turbomolecular pump stages at least as long as this length L.
- At least one stator disk and / or one rotor disk form at least one turbomolecular pumping stage. If the distance between adjacent stator disks and / or adjacent rotor disks is so great that the length L is exceeded, a new turbomolecular pumping stage commences according to the invention. An inlet in this area between the turbomolecular pumping stages is considered to be the main inlet. An inlet in the area of the turbomolecular pumping stage itself is considered as a secondary inlet.
- a turbomolecular pump stage is formed from at least one rotor disk.
- the embodiment according to the invention with regard to the inlets can in principle also be used in a turbomolecular pump.
- a pumping stage consists of at least one rotor disk and at least one stator disk.
- the secondary inlet is arranged between the rotor disk and the stator disk.
- Another advantageous embodiment of the split-flow vacuum pump according to the invention with at least two radial inlets wherein the vacuum pump has stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least two disk packages are arranged on the shaft, wherein the shaft has at least two different outer diameters and the disk packages to the Have outer diameter adapted inner diameter, provides that the shaft in addition to a region with a largest diameter in the axial direction on both sides each have at least two regions with smaller diameters.
- the embodiment of the invention allows a large number of individual disc packs on the shaft. According to this embodiment, it is possible to arrange four or more disk packs on the rotor.
- each case in each case at least one disc package can be arranged in these areas.
- On the adjoining areas again with a slightly smaller diameter, at least one further disc pack can be arranged in each case.
- the larger diameter areas each serve as a stop for the disk packs mounted on the areas of slightly smaller diameters.
- stator disc packs at a distance from each other are arranged and thus the rotor disk packages are arranged at a distance from each other, it makes sense to work on the shaft with stops. The more stops are present, the less tolerances are required for the discs and the gaps between the stator and rotor discs can be made smaller.
- the rotor disks have to be manufactured with sufficient precision, which means a high manufacturing outlay, or the distance between the rotor and stator disks must be selected to be large enough so that the manufacturing tolerance does not lead to a collision between the stator and rotor disks.
- the at least one disk package is advantageously mounted against a stop when the stop is not formed by a sleeve.
- the areas with the smaller diameters on both sides of the area with the largest diameter in each case in pairs have the same diameter. This makes it possible, on the first smaller diameters on both sides of the area with the largest diameter same disc packs, that is to assemble disc packs with the same diameter. The same applies to the areas adjacent to these areas with a further reduced diameter. As a result, it is possible to mount four disc packages, which must have only two diameters from the manufacturing forth. As a result, many identical parts can be pre-assembled, which significantly reduces the manufacturing costs.
- transitions between the regions with different diameters are designed as a stop for the disk packs. These stops ensure that the disk packages of the rotor disks are positioned exactly between the stator disks and that manufacturing tolerances of the individual disk packages do not add up over the entire length of the shaft.
- the shaft provides a pyramidal symmetrical structure.
- both sides of the shaft can each be equipped with the same disc packs.
- the at least two housing areas are connected by a housing section with a wall thickness reduced in relation to the wall thickness of the two housing areas.
- a wall area between the two housing areas has a thinner cross-section than the rest of the housing.
- the housing has a constriction for this purpose.
- a reinforcement made of a material having a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the housing is arranged in the region of the housing portion.
- a reinforcement made of a material having a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the housing is arranged in the region of the housing portion.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that the at least two housing areas are formed from two separate housing components and that between the housing components at least one thermal Seal is arranged.
- the seal advantageously has a lower thermal conductivity than the housing.
- the seal may be formed of glass and / or ceramic and / or plastic. This seal ensures that there is no heat transfer from the heated part of the housing to the cooled part of the housing.
- At least one bore and / or at least one groove is arranged, in which heating elements and / or coils for heating the housing and / or cooling elements are arranged.
- a vacuum system with at least one vacuum pump and at least one recipient in which a releasable connection is provided between the vacuum pump and the recipient, wherein at least one elastomeric seal is sealing the connection to the atmosphere side and at least one is towards the vacuum side a gap seal are provided, wherein it is provided that at least one suction channel and / or at least one suction opening is / are provided between the elastomer seal and the gap seal.
- This embodiment has the advantage that an elastomeric seal is used at the sealing points on the atmosphere side. This is advantageously designed as an O-ring. At least one gap seal is used as the second sealing element between the elastomer seal and the, for example, ultra-high vacuum connection. The Areas of the recipient (chamber) and a surface of the pump housing are pressed together.
- the vacuum pump according to the invention can have grooves and / or bores and / or constrictions in the rotor shaft.
- At least one sleeve may be arranged on at least one end of the rotor shaft. It is also possible to arrange at least one sleeve in front of or between the rotor disk packages and / or the rotor disks.
- the at least one sleeve can be arranged in the region of solid material of the rotor shaft.
- the at least one sleeve may be formed covering at least one constriction and / or the grooves and / or the holes.
- the sleeve can also be arranged in a rotor shaft-free area.
- the rotor shaft is formed as a split shaft and the at least one sleeve supports and covers the rotor shaft free area.
- the shaft may also be formed as a shaft with an internal bore along the longitudinal axis of the shaft.
- Fig. 1 shows a vacuum pump 1, which is designed as a so-called split-flow vacuum pump.
- the vacuum pump 1 is connected to a multi-chamber vacuum system 2.
- the multi-vacuum system 2 has four chambers 3, 4, 5, 6, which are to be evacuated by the vacuum pump 1.
- the gas pressure in the chambers 3, 4, 5, 6 is increasing in this order.
- the chambers 3, 4, 5, 6 are separated by partitions 7, 8, 9, wherein holes 9, 10, 11 establish a connection.
- These bores 9, 10, 11 are, for example, arranged and dimensioned such that a particle beam can pass through all the chambers 3, 4, 5, 6.
- first partition 7 separates the first chamber 3 and the second chamber 4
- second partition 8 separates the second chamber 4 from the third chamber 5
- third partition 9 separates the third chamber 5 from the fourth chamber 6.
- the dashed arrows in the Fig. 1 illustrate the gas flow.
- the vacuum pump 1 has a shaft 13 which carries rotor disks 14 to 19.
- the rotor disks 14 to 19 are in engagement with stator disks 20.
- the rotor disks 14, 15, 16 form a first disk package 21 and the rotor disks 17 to 19 form a second disk package 22.
- the disk package 22 forms a high-vacuum-side rotor stator package with the stators 20.
- the disk package 21 forms with the stator 20 a septvakuum discoveredes rotor stator.
- the blades in both packages are, as known in the art, both stator and rotor side attached to support rings or integrally formed with this.
- a first gas inlet 23 is located in front of the high-vacuum-side rotor stator packet, and a second gas inlet 24 is located in front of the forward-vacuum-side rotor stator packet.
- a first main inlet 23 leads into the vacuum pump 1.
- a second main inlet 24 leads into the vacuum pump 1.
- a further main inlet 25 leads into the vacuum pump 1 and from the vacuum chamber 6, a further main inlet 26 in the vacuum pump. 1
- the main inlets 23, 24, 25, 26 are arranged between the turbomolecular pumping stages 21, 22.
- a first secondary inlet is arranged which leads from the vacuum chamber 5 into the vacuum pump 1.
- a further secondary inlet 28 leads from the vacuum chamber 6 in the region of the turbomolecular pumping stage 21 into the vacuum pump 1.
- the secondary inlets 27, 28 are arranged in the region of the turbomolecular pumping stages 21, 22.
- the rotor shaft 13 has areas with different diameters.
- a first region 29 is a region with the largest diameter. On both sides of the shaft 13, two areas 30, 31 with smaller diameters join. This is in turn followed by regions 32, 33 with an even smaller diameter of the shaft 13. In the region 29 of the largest diameter of the shaft 13, no rotor disks are arranged. In the area 30, the rotor disk 16 is arranged, which is determined by a stop 34, which formed by the step-shaped shoulder between the region 29 and the region 30, locally unique.
- Another advantage of the invention is that the rotor disks 14 to 19 are placed exactly on the shaft, whereby very small gaps can be formed. This increases the pumping power of the vacuum pump 1. By using many identical parts, the pump is inexpensive to manufacture.
- on the two sides of the area 29 of the Shaft 13 is arranged with the largest diameter two rotor disk packages each having the same inner diameter.
- a further advantageous embodiment of the invention is an embodiment in which in the region of the largest diameter 29 grooves 39, 40 are arranged, which reduce the mass of the shaft. Since the split-flow vacuum pumps have a very long length, the modal behavior of the rotor and in particular of the rotor shaft is critical. For this reason, according to the invention, the mass and thus the weight of the shaft is reduced while maintaining rigidity.
- the vacuum pump 1 has a housing 41.
- the housing 41 In order to reduce thermal transitions between the high-vacuum side and the fore-vacuum side in the housing 41, the housing 41 has a constriction 42. This constriction reduces the thermal conductivity. It is possible to additionally provide a reinforcement, not shown, in the region of the constriction 42.
- the housing may also be designed to be divided in the region of the constriction 42, and a thermal seal may be arranged between the two parts of the housing.
- the shaft 13 is supported by a magnetic bearing 43 on one side.
- a magnetic bearing 43 on one side.
- abutment 43 b are arranged.
- the bearing is not shown.
- it may be an oil-lubricated ball bearing.
- turbomolecular pumping stages it is also possible, in addition to the turbomolecular pumping stages, to provide a Holweck pumping stage and / or a Siegbahn pumping stage and / or a Gaedepumpprocess and / or a side channel pumping stage and / or a threaded pumping stage.
- the rotor disk 15 and the stator disk 20 have an axial length L as viewed in the axial direction.
- the distance between the turbomolecular pump stages 21, 22 is greater than the length L.
- Fig. 2 and in Fig. 3 show a rotor shaft 13 on which rotor disk packages 21, 22, 44 are arranged.
- the rotor shaft 13 is stepped, so that the rotor disk packs 21, 22, 44 respectively abut against a step and are thus accurately positioned.
- a sleeve 59 is arranged, which is supported with one end 105 on the shaft 13 and with its other end 106 on a support ring 103.
- the support ring 103 is in turn supported on the rotor shaft 13 from.
- the sleeve is thus mounted in front of and behind a motor magnet 101 on the rotor shaft 13.
- the rigidity of the rotor, in particular at the strongly tapered end 104 is significantly increased.
- the motor magnets 101 that is, the magnetic rings can be made with the usual, relatively small diameter, which has a cost effect.
- the shaft 13 is improved by a shaft end 104 of larger diameter in terms of stiffness, the motor magnets would also have to be built larger, which would adversely affect the cost.
- Fig. 4 shows a modified embodiment.
- the rotor shaft 13 is stiffened by a sleeve 59 between the disk packs 21, 22.
- the sleeve 59 is arranged on the solid shaft 13. It may be secured to the shaft 13 by shrinking, pressing or gluing.
- the sleeve 59 fills the gap between the disc packs 21, 22 completely or almost completely. If it completely fills the distance between the disk packs 21, 22, it simultaneously performs the function of a spacer sleeve like the sleeves 38 in FIG Fig. 1 ,
- Fig. 5 shows a modified embodiment in which the sleeve 59 is disposed on the rotor shaft 13 between the disk packs 21, 22.
- the sleeve 59 is arranged at a distance from the disk pack 21.
- the sleeve 59 is mounted on the shaft 13 of solid material and stiffened the rotor shaft thirteenth
- Fig. 6 shows the rotor shaft 13 having a constriction 102.
- the sleeve 59 is arranged in the region of the constriction 102.
- the sleeve 59 has bores 83, through which the constriction 102 can be degassed. If a recipient is evacuated by the vacuum pump, cavities in the area of the vacuum pump, such as the constriction 102, must be simultaneously evacuated, since otherwise the cavities 102 degas during the evacuation process and thus the final pressure of the vacuum pump can not be achieved.
- Fig. 7 shows the rotor shaft 13, which is formed as a divided rotor shaft with shaft elements 107, 108.
- the shaft members 107, 108 are interconnected by the sleeve 59.
- the sleeve 59 in turn has bores 83, through which a cavity 109 between the shaft elements 107, 108 can be evacuated.
- Fig. 8 shows various ways in which the grooves 39, 40 may be formed.
- FIG. 8 13 different embodiments of grooves are shown in the shaft.
- the grooves can be arranged with the same cross sections rotationally symmetrical in the shaft 13.
- Illustrated embodiments are exemplary only. In practice, an embodiment is selected and arranged rotationally symmetrical in the shaft.
- a groove 53 is shown which has a rectangular cross-section.
- a groove 54 is tapered in the direction of the central axis M according to a second embodiment.
- Holes 55 are formed such that they form through holes 13 in the shaft.
- the holes 55 converge at a point 56.
- a groove 57 has a stepped cross-section.
- a groove 58 is formed widening conically in the direction of the central axis.
- a sleeve 59 may be provided.
- the sleeve 59 should be formed of a rigid material but have a low mass.
- the sleeve 59 advantageously has bores 83 in the region of the grooves. These holes serve to allow the grooves 53, 54, 57, 58 and / or bores 55 to be evacuated so that they do not degas during the evacuation of the recipient.
- Fig. 9 shows the shaft 13 with grooves 39, 40.
- the grooves 39, 40 are arranged in the axial direction at a height, that is, they form a ring in the shaft 13.
- further grooves 63, 64 are provided, which are also arranged in the axial direction corresponding to each other and form a second ring of grooves.
- two sleeves 59 which cover the grooves 39, 40, 63, 64.
- the sleeves 59 have holes 83 in order to evacuate the grooves 39, 40, 63, 64 can.
- Fig. 10 shows a shaft end 110 of the rotor shaft 13.
- the shaft 13 is supported by a magnetic bearing 111.
- the magnetic rings 112 of the magnetic bearing 111 are arranged on the shaft 13.
- Magnetic rings 113 of the magnetic bearing 111 are arranged on a housing 114.
- a ball bearing 114 is provided, which is designed as an emergency.
- the ball bearing 114 is biased by a spring 115.
- an inner bore 116 is arranged in the shaft 13.
- Fig. 11 shows the shaft 13 with rotor disk packages 44, 45, 46 which form turbomolecular pumping stages 44, 45, 46 with stator disk packages (not shown).
- the gas flow is shown by an arrow 47.
- Arrows 48 represent the gas flow which is supplied from two main inlets 24, 25 to the turbomolecular pumping stages 45, 46.
- the arrows 49 indicate the gas flow which is supplied from two secondary inlets 27, 28 in the region of the turbomolecular pumping stages 44, 45 to the pumping system.
- the secondary inlets 27, 28 are arranged in the region of the turbomolecular pumping stages 44, 45, while the main inlets 24, 25 have their supply between the turbomolecular pumping stages 44, 45 and 46.
- Fig. 12 shows vacuum pump 1 with the once again clarified, the turbomolecular pumping stages 44, 45, 46, 49 has.
- the turbomolecular pump stages 44, 45, 46, 49 consist of rotor disks and stator disks, which are arranged intermeshing.
- main inlets 23, 24, 25, 26 are provided, which are arranged in front of the pumping stage 44 or between the pumping stages 44, 45, 46, 49.
- the shaft 13 is supported by means of a magnetic bearing 43 and a ball bearing 50.
- the ball bearing 50 is an oil lubricated ball bearing.
- the shaft 13 is driven by a motor 51.
- a secondary inlet 27 is provided in the area of the turbomolecular pumping stage 44.
- a secondary inlet 28 is provided in the region of the turbomolecular pumping stage 45, and a secondary inlet 52 is provided in the region of the turbomolecular pumping stage 46.
- the number of inlets from the four main inlets 23, 24, 25, 26 to a total of seven inlets, namely plus the three side inlets 27, 28, 52 increases.
- Fig. 13 shows a partial section through the shaft 13.
- the shaft 13 has the in Fig. 1 shown areas 29 having the largest diameter, the adjoining areas 30, 31 with a smaller diameter and in turn adjoining areas 32, 33 with a further reduced diameter.
- the rotor disks 16, 17 are arranged.
- the rotor disks 15, 18, 19 are arranged.
- the rotor disks 15, 18, 19 all have the same inner diameter.
- the rotor disks 16, 17 also have the same inner diameter. This makes it possible to build a low-cost pump by a large number of identical parts.
- the difference in diameter between the areas 29, 30 forms the stop 34. Between the areas 29, 31 of the stopper 36 is provided. Between the areas 30, 32 of the stop 35 is arranged and between the areas 31, 33 of the stop 37 is provided.
- the mounting direction of the discs 15, 16 is indicated by the arrow A.
- the mounting direction of the rotor disks 17, 18, 19 is indicated by the arrow B.
- M denotes a central axis of the shaft 13.
- the shaft 13 and the rotor disks 15, 16, 17, 18, 19 are constructed rotationally symmetrically about the center axis M.
- Fig. 14 shows the shaft 13 with turbomolecular pumping stages 21, 22.
- the shaft 13 has grooves 39, 40 in one Area in which no rotor disks 14, 15, 16, 17, 18, 19 are arranged.
- Fig. 15 shows a shaft 13 with two turbomolecular pumping stages 21, 22, which are arranged in a housing 41 of a split flow pump.
- the housing 41 has an inlet 24.
- This prior art embodiment shows that a customer housing 60 has an inlet 61 formed radially offset from the inlet 24.
- the axial length of the pump and the customer chamber 60 do not match.
- the housing 41 has a web 62 in the region of the inlet 24. Due to the design of the web on which the stator disks (not shown) can be attached, one obtains a larger cross section and thus a higher conductance in the region of the inlet 24.
- Fig. 17 shows a vacuum pump 1 with vacuum ports 72, 73, 75.
- the vacuum port 72 has an elastomeric seal 76 and a gap seal 77 on. Between the elastomeric seal 76 and the gap seal 77, a suction channel 78 is arranged, are arranged in the bacteriaabsaugungen 79. In the vacuum port 75, a suction opening 80 is arranged. The insectsaugungen 79 lead into a feedthrough bore 81, which led to the intermediate stage 73 is.
- a connection channel 82 is provided, so that the vacuum connection 75 is also evacuated via the suction opening 80 via the feed-through bore 82.
- Fig. 18 shows the sleeve 59, which has a carrier 117 which is formed as a substantially cylinder jacket-shaped base portion.
- a structuring with a plurality of structural elements 118 is provided, which are formed in the present illustrative embodiment as in the direction of the longitudinal axis of the sleeve 59 elongated straight webs.
- the structural elements 118 may be designed as Holweck or Kreuzkanalpumptreatment.
- the structural elements 118 may also have other pumping stage structures.
- Fig. 19 shows the shaft 13, on which the sleeve 59 is arranged.
- the sleeve 59 carries a turbomolecular pumping structure consisting of discs 119, 120. Adjacent to the sleeve 59, the rotor disk 14 is provided.
- Stator disks 121, 122, 123 engage in the turbomolecular pumping structure of the sleeve 59, formed by the disks 119, 120.
- the discs 14, 119 to 120 are shown only schematically.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Splitflow-Vakuumpumpe (1) mit wenigstens zwei radialen Einlässen (23-26), wobei die Vakuumpumpe (1) Statorscheiben (20) und auf einer Welle (13) angeordnete Rotorscheiben (14-19) aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, bei der in der Welle (13) in radialer Richtung wenigstens zwei Nuten (39,40) und/oder Bohrungen (83) angeordnet sind, die in axialer Richtung der Welle länger ausgebildet sind als in Umfangsrichtung der Welle oder dass die Welle in axialer Richtung wenigstens eine Einschnürung (102) aufweist und/oder dass auf der Welle wenigstens eine Hülse (59) angeordnet ist.The invention relates to a split-flow vacuum pump (1) having at least two radial inlets (23-26), the vacuum pump (1) having stator disks (20) and rotor disks (14-19) arranged on a shaft (13) Shaft at least one disc pack is arranged, in which in the shaft (13) in the radial direction at least two grooves (39,40) and / or bores (83) are arranged which are formed longer in the axial direction of the shaft than in the circumferential direction of the shaft or that the shaft has at least one constriction (102) in the axial direction and / or that at least one sleeve (59) is arranged on the shaft.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe in der Bauart einer Splitflow-Pumpe.The invention relates to a vacuum pump in the design of a split flow pump.
So genannte Splitflow-Vakuumpumpen werden in der Praxis eingesetzt, um mehrere Kammern, beispielsweise eines Massenspektrometersystems gleichzeitig zu evakuieren. Durch die Splitflow-Vakuumpumpen ist es möglich, auf ein Pumpensystem bestehend aus mehreren Einzelpumpen zu verzichten und die Evakuierung von mehreren Kammern mit einer einzigen Pumpe durchzuführen.So-called split-flow vacuum pumps are used in practice to simultaneously evacuate a plurality of chambers, for example a mass spectrometer system. The split-flow vacuum pumps make it possible to dispense with a pump system consisting of several individual pumps and to carry out the evacuation of several chambers with a single pump.
Splitflow-Vakuumpumpen weisen den Vorteil auf, dass sie lediglich einen geringen Platzbedarf für das Vakuumsystem aufweisen. Die Splitflow-Vakuumpumpen werden nicht nur in Analysegeräten, sondern zum Beispiel auch in Lecksuchern eingesetzt, deren Analyseprinzip ebenfalls auf der Massenspektrometrie beruht.Split-flow vacuum pumps have the advantage that they only have a small space requirement for the vacuum system. The split-flow vacuum pumps are not only used in analytical instruments, but also, for example, in leak detectors whose analysis principle is also based on mass spectrometry.
Aus dem Stand der Technik (
Eine weitere Variante, um eine Anordnung mit mehreren Vakuumpumpen zu evakuieren, besteht darin, jede Vakuumpumpe mit einem eigenen Flansch zu versehen. An diesen wird dann eine für den Druckbereich geeignete Vakuumpumpe angeschlossen. Dieser Weg ist aufgrund der hohen Kosten für die Vielzahl der Vakuumpumpen unbeliebt. Zudem besteht der Bedarf nach kompakten Geräten. Diese lassen sich mit einer Vielzahl von Vakuumpumpen jedoch nicht realisieren.Another variant for evacuating an arrangement with several vacuum pumps is to provide each vacuum pump with its own flange. Then this will a suitable for the pressure range vacuum pump connected. This approach is unpopular due to the high cost of the plurality of vacuum pumps. There is also a need for compact devices. However, these can not be realized with a large number of vacuum pumps.
In einer Vielzahl von Anwendungen sind mehrere Vakuumkammern in Reihe angeordnet und durch Bohrungen mit geringem Leitwert miteinander verbunden. Von einem zum anderen Ende der Reihe nimmt der innerhalb der Vakuumkammer herrschende Gasdruck ab. Die Bohrungen sind derart gestaltet, dass ein Teilchenstrahl durch sie und damit durch die Reihe der Vakuumkammern hindurch treten kann. Die Vakuumkammer mit dem niedrigsten Druck enthält oft ein Analysegerät, beispielsweise ein Massenspektrometer.In a variety of applications, multiple vacuum chambers are arranged in series and interconnected by low conductance holes. From one to the other end of the row decreases the pressure prevailing within the vacuum chamber gas pressure. The bores are designed so that a particle beam can pass through them and thus through the row of vacuum chambers. The vacuum chamber with the lowest pressure often contains an analyzer, such as a mass spectrometer.
Aus der Praxis sind Splitflow-Vakuumpumpen bekannt, die drei oder vier radiale Einlässe aufweisen und die wenigstens vier Pumpstufen aufweisen. Pumpstufen sind in der Regel Turbomolekularpumpstufen. Diese werden häufig mit weiteren Pumpstufen, beispielsweise Holweckpumpstufen oder Gaedepumpstufen kombiniert.From practice, split-flow vacuum pumps are known, which have three or four radial inlets and which have at least four pumping stages. Pumping stages are usually turbomolecular pumping stages. These are often combined with other pumping stages, for example Holweckpumpstufen or Gaedepumpstufen.
Die Baulänge und Rotordrehzahl der aus der Praxis bekannten Splitflow-Vakuumpumpen ist unter anderem aufgrund der Eigenschwingungen der Rotoren begrenzt. Ein Rotor kann nicht dauerhaft im Bereich einer Eigenschwingungsfrequenz betrieben werden. Das limitierende Element kann zum einen das Motorende sein, bei dem kostenbedingt eine Versteifung durch größere Wellendurchmesser, das heißt, größere Antriebsmagnete und Motorstatoren, nicht Ziel führend ist. Zum anderen kann bei sehr großen Baulängen das modale Verhalten des Rotors und insbesondere der Rotorwelle kritisch sein.The length and rotor speed of the known from practice split-flow vacuum pumps is limited, inter alia, due to the natural oscillations of the rotors. A rotor can not be operated permanently in the range of a natural vibration frequency. The limiting element may on the one hand be the motor end, in which a cost due to a stiffener by larger shaft diameter, that is, larger drive magnets and motor stators, not target leader. On the other hand, the modal behavior of the rotor and in particular the rotor shaft can be critical for very long lengths.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Splitflow-Vakuumpumpe anzugeben, bei der das Gewicht der Welle reduziert wird bei gleichbleibender Steifigkeit, um lange Splitflow-Vakuumpumpen mit langen Wellen ausbilden zu können. Darüber hinaus soll eine Splitflow-Vakuumpumpe angeben werden, die eine Rotorwelle mit wenigstens einem Wellenende aufweist, welches kostengünstig die gewünschte Versteifung aufweist.The technical problem underlying the invention is to provide a split-flow vacuum pump in which the weight of the shaft is reduced while maintaining rigidity, in order to be able to form long split-flow vacuum pumps with long shafts. In addition, a split-flow vacuum pump is to be specified, which has a rotor shaft with at least one shaft end, which has the desired stiffening cost.
Dieses technische Problem wird durch eine Splitflow-Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 oder durch eine Splitflow-Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 oder oder durch eine Splitflow-Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15 gelöst.This technical problem is solved by a split-flow vacuum pump having the features according to
Die erfindungsgemäße Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in der Welle in radialer Richtung wenigstens zwei Nuten und/oder Bohrungen angeordnet sind, die in axialer Richtung der Welle länger ausgebildet sind als in Umfangsrichtung der Welle oder dass die Welle in axialer Richtung wenigstens eine Einschnürung aufweist.The split-flow vacuum pump according to the invention with at least two radial inlets, the vacuum pump having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least one disk package is arranged on the shaft, is characterized in that at least two grooves and / or in the shaft in the radial direction or bores are arranged which are formed longer in the axial direction of the shaft than in the circumferential direction of the shaft or that the shaft has at least one constriction in the axial direction.
Bei längeren Splitflow-Vakuumpumpen mit mehreren Einlässen kann das modale Verhalten des Rotors und insbesondere der Rotorwelle kritisch sein. Daher muss versucht werden, die Masse und damit auch die Gewichtskraft der Welle zu reduzieren bei gleichbleibender Steifigkeit, besonders in radialer Richtung.For longer split-flow vacuum pumps with multiple inlets, the modal behavior of the rotor, and rotor shaft in particular, can be critical. Therefore, it must be attempted to reduce the mass and thus also the weight of the shaft while maintaining rigidity, especially in the radial direction.
Dies wird durch die Erfindung erreicht, indem die Welle Nuten und/oder Bohrungen aufweist. Bei den Nuten und/oder Bohrungen handelt es sich vorteilhaft um axiale Einstiche, beispielsweise Einfräsungen in der Welle. Vorteilhaft sind die Nuten und/oder Bohrungen in Bereichen vorgesehen, in denen keine Rotorscheiben angeordnet sind.This is achieved by the invention in that the shaft has grooves and / or bores. At the grooves and / or bores are advantageously axial grooves, for example milling in the shaft. Advantageously, the grooves and / or holes are provided in areas where no rotor disks are arranged.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens zwei Nuten und/oder Bohrungen radialsymmetrisch in der Welle angeordnet. Dies ist vorgesehen, damit die Welle rotationssymmetrisch bleibt und keine Unwuchten aufweist.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the at least two grooves and / or bores are arranged radially symmetrically in the shaft. This is provided so that the shaft remains rotationally symmetric and has no imbalances.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Nuten und/oder Bohrungen wenigstens einen Ring bildend in der Welle angeordnet sind. Das bedeutet, dass in einem Bereich, in dem keine Rotorscheiben oder Scheibenpakete angeordnet sind, die Nuten und/oder Bohrungen angeordnet sind, und zwar über den Umfang der Welle gleichmäßig verteilt.According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the at least two grooves and / or holes are arranged forming at least one ring in the shaft. This means that in a region in which no rotor disks or disk packages are arranged, the grooves and / or holes are arranged, distributed uniformly over the circumference of the shaft.
Sind mehrere Bereiche in der Welle vorhanden, in der keine Rotorscheiben oder Scheibenpakete angeordnet sind, können diese Bereiche jeweils mit den Nuten und/oder Bohrungen versehen sein.If there are several areas in the shaft in which no rotor disks or disk packs are arranged, these areas can each be provided with the grooves and / or bores.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Nuten und/oder Bohrungen einen rechteckförmigen und/oder einen sich konisch verjüngenden und/oder einen sich konisch erweiternden und/oder einen stufenförmig abgesetzten Querschnitt aufweisen. Bei der Ausbildung der Nuten und/oder Bohrungen sind die verschiedensten Querschnitte denkbar. Die Ausgestaltung der Form der Querschnitte ist von der jeweiligen Anwendung abhängig.It is advantageously provided that the grooves and / or bores have a rectangular and / or a conically tapering and / or a conically widening and / or a stepped stepped cross section. In the formation of the grooves and / or holes a variety of cross-sections are conceivable. The configuration of the shape of the cross sections depends on the particular application.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bohrungen als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind. Neben den Nuten, die nicht bis zur Mittelachse der Welle angeordnet sind, können damit auch Bohrungen in der Welle angeordnet sein, die als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, das heißt, dass verschiedene Bohrungen in der Oberfläche der Welle im Bereich eines Kernes der Welle zusammengeführt sind.A further advantageous embodiment of the invention provides that the holes as through holes are formed. In addition to the grooves which are not arranged to the central axis of the shaft, so that holes can be arranged in the shaft, which are formed as through holes, that is, that different holes in the surface of the shaft in the region of a core of the shaft are brought together.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen vor, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Welle wenigstens eine Hülse angeordnet ist.Another embodiment of the invention provides a split-flow vacuum pump having at least two radial inlets, the vacuum pump having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least one disk package is arranged on the shaft, which is characterized in that at least one Sleeve is arranged.
Durch die Anordnung einer Hülse auf der Welle lassen sich die Eigenschwingungsfrequenzen des Rotor verändern, so dass der Rotor nicht im Bereich einer Eigenschwingungsfrequenz betrieben werden muss. Es lassen sich hierdurch auch die Auflagerkräfte reduzieren.By arranging a sleeve on the shaft, the natural vibration frequencies of the rotor can be changed, so that the rotor does not have to be operated in the range of a natural vibration frequency. This also reduces the bearing forces.
Darüber hinaus ist es möglich, große biegesteife Außendurchmesser zu fertigen, ohne das Ausgangsmaterial der Rotorwelle zu vergrößern, wodurch wiederum eine Kosteneinsparung möglich ist.In addition, it is possible to produce large rigid outer diameter without increasing the starting material of the rotor shaft, which in turn cost savings is possible.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hülse an wenigstens einem Ende einen Ring aufweist. Durch den Ring lässt sich die Hülse beispielsweise an einem sich verjüngenden Wellenende anordnen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Hülse passgenau auf der Welle anzuordnen, beispielsweise auf einem konstanten Außendurchmesser der Welle.An advantageous embodiment of the invention provides that the sleeve has a ring on at least one end. Through the ring, the sleeve can be arranged for example on a tapered shaft end. In principle, however, it is also possible to arrange the sleeve accurately on the shaft, for example, on a constant outer diameter of the shaft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf der Welle zumindest im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder der wenigstens einen Einschnürung eine Hülse angeordnet. Durch die Anordnung der Hülse im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder der wenigstens einen Einschnürung wird die Stabilität der Rotorwelle erhöht. Insbesondere eine Einschnürung führt zu einem Steifigkeitsverlust der Welle, der durch die Hülse ausgeglichen werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, a sleeve is arranged on the shaft at least in the region of the grooves and / or holes and / or the at least one constriction. The arrangement of the sleeve in the region of the grooves and / or holes and / or the at least one constriction increases the stability of the rotor shaft. In particular, a constriction leads to a loss of rigidity of the shaft, which can be compensated by the sleeve.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass an wenigstens einem Wellenende im Bereich einer Verjüngung wenigstens eine Hülse angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that at least one sleeve is arranged on at least one shaft end in the region of a taper.
Die Wellenenden verjüngen sich üblicherweise, um in Lagern, beispielsweise Kugellagern oder Magnetlagern angeordnet zu werden.The shaft ends usually taper to be placed in bearings, such as ball bearings or magnetic bearings.
Die Hülse trägt zur Vergrößerung der Steifigkeit der Welle bei.The sleeve contributes to increasing the rigidity of the shaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Hülse auf einer Seite auf der Welle und auf einer gegenüberliegenden Seite auf wenigstens einem Tragring gelagert ist. Weist die Welle beispielsweise einen stufenförmigen Längsschnitt auf, das heißt, sie verjüngt sich stufenförmig, kann die Hülse im Bereich zweier benachbarter Stufen angeordnet werden. Auf der Stufe mit dem größeren Durchmesser kann die Hülse unmittelbar auf der Welle aufliegen. Auf der Stufe mit dem kleineren Durchmesser liegt die Hülse auf dem wenigstens einen Tragring auf.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the at least one sleeve is mounted on one side on the shaft and on an opposite side on at least one support ring. If, for example, the shaft has a step-shaped longitudinal section, that is to say it tapers stepwise, the sleeve can be arranged in the region of two adjacent steps. At the stage with the larger diameter, the sleeve can rest directly on the shaft. At the stage with the smaller diameter, the sleeve rests on the at least one support ring.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen einem die Hülse tragenden Bereich der Welle und dem wenigstens einen Tragring wenigstens ein Magnetring eines Magnetlagers angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Welle am Wellenende zu versteifen und dennoch Magnetringe vorzusehen, die auf dem kleineren Durchmesser der Welle angeordnet und damit kostengünstiger sind.A particularly preferred embodiment of the invention provides that at least one magnetic ring of a magnetic bearing is arranged between a region of the shaft carrying the sleeve and the at least one support ring. This makes it possible to stiffen the shaft at the shaft end and yet to provide magnetic rings, which are arranged on the smaller diameter of the shaft and thus less expensive.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Hülse auf einem Bereich der Welle mit Vollmaterial angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, die Eigenschwingungsfrequenz des Rotors derart zu verändern, dass der Rotor nicht im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz betrieben wird.Another advantageous embodiment of the invention provides that the at least one sleeve is arranged on a region of the shaft with solid material. By this embodiment, it is possible to change the natural vibration frequency of the rotor so that the rotor is not operated in the range of natural vibration frequency.
Eine geänderte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Hülse in einem Bereich ohne Rotorwelle zwischen Wellenelementen angeordnet ist. In diesem Fall ist die Welle als geteilte Welle ausgebildet und die Hülse verbindet die Wellenelemente. Hierdurch wird das Gewicht der Rotorwelle deutlich reduziert, was sich vorteilhaft auf das modale Verhalten der Welle auswirkt.A modified advantageous embodiment of the invention provides that the at least one sleeve is arranged in a region without a rotor shaft between shaft elements. In this case, the shaft is formed as a split shaft and the sleeve connects the shaft elements. As a result, the weight of the rotor shaft is significantly reduced, which has an advantageous effect on the modal behavior of the shaft.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der Hülse wenigstens eine Bohrung angeordnet ist. Die Bohrung ist vorteilhaft im Bereich der Nuten und/oder Bohrungen und/oder Einschnürungen angeordnet. Im Bereich einer Vakuumpumpe sollen bei der Evakuierung keine gasgefüllten Hohlräume vorhanden sein, da diese gasgefüllten Hohlräume während des Evakuierungsvorganges entgasen und hierdurch der eigentlich erzielbare Enddruck der Pumpe nicht erreicht.A further advantageous embodiment of the invention provides that at least one bore is arranged in the sleeve. The bore is advantageously arranged in the region of the grooves and / or bores and / or constrictions. In the area of a vacuum pump, no gas-filled cavities should be present during the evacuation, since these gas-filled cavities degas during the evacuation process and thereby does not reach the actually achievable final pressure of the pump.
Die wenigstens eine Hülse besteht vorteilhaft aus Metall. Als Metall kann Aluminium, Titan oder Edelstahl gewählt sein. Die wenigstens eine Hülse kann auch aus einem Verbundwerkstoff mit Kohlefaser, beispielsweise kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Kombination der Materialien aus Metall und dem Verbundwerkstoff mit Kohlefasern zu verwenden.The at least one sleeve is advantageously made of metal. As metal, aluminum, titanium or stainless steel can be selected. The at least one sleeve may also consist of a composite material with carbon fiber, for example carbon fiber reinforced plastic. It is also possible to use a combination of the materials of metal and the composite material with carbon fibers.
Vorteilhaft ist die axiale Ausdehnung der Hülse größer als ihr Außendurchmesser. Gemäß dieser Ausführungsform trägt die Hülse optimal zur Verbesserung der Steifigkeit der Welle bei.Advantageously, the axial extent of the sleeve is greater than its outer diameter. According to this embodiment, the sleeve contributes optimally to improving the rigidity of the shaft.
Am Motorende des Rotors kann die wenigstens eine Hülse derart ausgeführt sein, dass sie vor und hinter dem Motormagneten auf der Rotorwelle befestigt ist. Hierdurch es möglich, die Magnetringe mit einem kleinen Durchmesser zu gestalten und damit kostengünstig auszuführen. Richtung Hochvakuum kann die wenigstens eine Hülse auf der Rotorwelle aufgebracht sein und in Richtung Lagerende, beispielsweise durch einen Ring mit der Welle verbunden werden.At the motor end of the rotor, the at least one sleeve can be designed such that it is fastened in front of and behind the motor magnet on the rotor shaft. This makes it possible to design the magnetic rings with a small diameter and thus perform cost-effective. Direction high vacuum, the at least one sleeve can be applied to the rotor shaft and are connected in the direction of bearing end, for example by a ring with the shaft.
Soll der Rotor zwischen zwei Scheibenpaketen versteift werden, kann hier ebenfalls eine erfindungsgemäße Hülse vorgesehen sein. Diese Hülse kann auf der Vollwelle angeordnet werden. Die Verbindung zwischen der Vollwelle und der Hülse kann beispielsweise durch Schrumpfen, Pressen und/oder Kleben oder andere Befestigungsarten vorgenommen werden.If the rotor is to be stiffened between two disk packages, a sleeve according to the invention can likewise be provided here. This sleeve can be arranged on the solid shaft. The connection between the solid shaft and the sleeve can be made for example by shrinking, pressing and / or gluing or other types of fastening.
Weiterhin ist es möglich, die Hülse in einem Bereich der Welle mit wenigstens einer Einschnürung oder wenigstens einer Eindrehung und/oder Nuten und/oder Bohrungen anzuordnen. Durch die reduzierte Masse, die auf dem kleinen Durchmesser des Rotors wenig zur Steifigkeit beiträgt, lässt sich die Eigenfrequenz des Rotors durch die Hülse erhöhen. Positiv ist dabei auch, dass die Auflagerkräfte auf diese Art und Weise reduziert werden und zum Beispiel beim Einsatz eines Permanentmagnetlagers möglicherweise Ringmagnetpaare zur Kostensenkung eingespart werden können.Furthermore, it is possible to arrange the sleeve in a region of the shaft with at least one constriction or at least one recess and / or grooves and / or holes. Due to the reduced mass, on the small Diameter of the rotor contributes little to the rigidity, can increase the natural frequency of the rotor through the sleeve. It is also positive that the support forces are reduced in this way and, for example, when using a permanent magnet bearing possibly ring magnet pairs can be saved to reduce costs.
Sind in Montagerichtung vor der wenigstens einen Hülse Rotorscheiben aufgebracht, kann der Passungssitz der Rotorscheiben auf einem kleineren Außendurchmesser vorgesehen sein als dem Außendurchmesser der Hülse. Dies ist vorteilhaft, falls ansonsten der Bund der Rotorscheibe, um den die Rotorschaufeln angeordnet sind, bei einem zu großen Passungsdurchmesser zu schwach würde, wodurch die Rotorscheibe im Betrieb nicht mehr sicher auf dem Rotor festsitzen würde.Are rotor disks applied in the mounting direction in front of the at least one sleeve, the fit of fit of the rotor disks may be provided on a smaller outer diameter than the outer diameter of the sleeve. This is advantageous if otherwise the coil of the rotor disk, around which the rotor blades are arranged, would become too weak if the diameter of the adapter were too large, as a result of which the rotor disk would no longer be securely seated on the rotor during operation.
Darüber hinaus ist es möglich, große biegesteife Außendurchmesser zu fertigen, ohne das Ausgangsmaterial der Rotorwelle vergrößern zu müssen, wodurch eine Kosteneinsparung möglich ist.In addition, it is possible to produce large rigid outer diameter without having to increase the starting material of the rotor shaft, whereby a cost saving is possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der Hülse zusätzlich auf der äußeren Mantelfläche eine Pumpstruktur aufgebracht. Pumpstrukturen können beispielsweise eine Turbostruktur, eine Kreuzkanalstruktur, eine Gewindestruktur oder eine Holweckstruktur oder eine Kombination dieser Strukturen sein.According to a preferred embodiment of the invention, a pump structure is additionally applied to the sleeve on the outer lateral surface. Pump structures may be, for example, a turbo structure, a cross channel structure, a thread structure or a Holweck structure or a combination of these structures.
Ist wenigstens ein Ring an der Hülse angeordnet, so kann der wenigstens eine Ring einseitig oder beidseitig vorzugsweise am Ende der Hülse angeordnet sein. Der Ring kann fest an der Hülse angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den wenigstens einen Ring einteilig mit der Hülse auszubilden. Der Ring ist als Innenring an der Hülse ausgebildet.If at least one ring is arranged on the sleeve, then the at least one ring can be arranged on one side or on both sides preferably at the end of the sleeve. The ring can be fixedly arranged on the sleeve. It is also possible, the at least one ring in one piece with the Form sleeve. The ring is formed as an inner ring on the sleeve.
Die Hülse dient dazu, die Stabilität zu erhöhen. Insbesondere im Bereich einer Einschnürung, das heißt eines Bereiches, in dem die Welle einen geringeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser, auf dem Rotorscheiben und/oder Rotorpakete angeordnet sind, kann zur Erhöhung der Stabilität eine Hülse vorgesehen sein. In der Hülse können Bohrungen vorgesehen sein, um von der Hülse abgedeckte Hohlräume in der Welle entgasen zu können.The sleeve serves to increase the stability. In particular, in the region of a constriction, that is, a region in which the shaft has a smaller diameter than the diameter, are arranged on the rotor disks and / or rotor packages, may be provided to increase the stability of a sleeve. In the sleeve bores may be provided to degas from the sleeve covered cavities in the shaft can.
Die Hülse besteht vorteilhaft aus einem Material, welches einen Quotienten aus Elastizitätsmodul und Dichte aufweist, der größer ist als der Quotient aus Elastizitätsmodul und Dichte der Welle.The sleeve is advantageously made of a material which has a quotient of modulus of elasticity and density which is greater than the quotient of elastic modulus and density of the shaft.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen vor, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Welle eine entlang einer Längsachse angeordnete Innenbohrung aufweist.Another embodiment of the invention provides a split-flow vacuum pump having at least two radial inlets, the vacuum pump having stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein on the shaft at least one disk package is arranged, which is characterized in that the shaft along one Having longitudinal axis disposed inner bore.
Durch diese Maßnahme wird das Gewicht der Welle deutlich reduziert. Dennoch bleibt die Steifigkeit, insbesondere in radialer Richtung erhalten. Durch diese Maßnahme wird das modale Verhalten des Rotor deutlich verbessert.By this measure, the weight of the shaft is significantly reduced. Nevertheless, the rigidity remains, especially in the radial direction. This measure significantly improves the modal behavior of the rotor.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Wellenende, in dem die Innenbohrung angeordnet ist, im Querschnitt topfförmig ohne inneren Lagerzapfen ausgebildet ist. Durch das Weglassen des inneren Lagerzapfens ist es möglich, die Innenbohrung in dem genannten Wellenende anzuordnen.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that a shaft end, in which the inner bore is arranged, is cup-shaped in cross-section without inner bearing journal. It is by omitting the inner journal possible to arrange the inner bore in said shaft end.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens drei radialen Einlässen und mit wenigstens vier Pumpstufen, wobei wenigstens eine Pumpstufe als Turbomolekularpumpstufe ausgebildet ist, wobei die wenigstens drei Einlässe als Haupteinlässe ausgebildet sind, die in axialer Richtung zwischen den Pumpstufen angeordnet sind, sieht vor, dass zusätzlich wenigstens ein radialer Nebeneinlass vorgesehen ist, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist.An advantageous development of the split flow vacuum pump according to the invention with at least three radial inlets and at least four pumping stages, wherein at least one pumping stage is designed as Turbomolekularpumpstufe, wherein the at least three inlets are designed as main inlets, which are arranged in the axial direction between the pumping stages, provides in that additionally at least one radial secondary inlet is provided which is arranged in the region of at least one turbomolecular pumping stage.
Durch diese vorteilhafte Ausbildung der Vakuumpumpe ist es möglich, zusätzlich zu den Haupteinlässen wenigstens einen Nebeneinlass vorzusehen. Die Haupteinlässe sind zwischen den Pumpstufen angeordnet, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform wird wenigstens ein weiterer Einlass vorgesehen, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Das bedeutet, dass eine so genannte Anzapfung, das heißt, der Einlass nicht zwischen den Turbomolekularpumpstufen ist, sondern dass die Anzapfung radial in ein Scheibenpaket der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt.This advantageous embodiment of the vacuum pump, it is possible to provide at least one secondary inlet in addition to the main inlets. The main inlets are located between the pumping stages as known in the art. According to the advantageous embodiment, at least one further inlet is provided which is arranged in the region of at least one turbomolecular pumping stage. This means that a so-called tap, that is, the inlet is not between the turbomolecular pumping stages, but that the tap leads radially into a disk pack of the at least one turbomolecular pumping stage.
Hierdurch erreicht man deutlich mehr Anzapfungen, das heißt Einlässe mit einer einzigen Pumpe auf einer bestimmten axialen Baulänge. Durch die Erfindung ist es möglich, auf einer kurzen axialen Länge möglichst viele Kammern eines Mehrkammersystems zu evakuieren.This results in significantly more taps, ie inlets with a single pump on a given axial length. By the invention it is possible to evacuate as many chambers of a multi-chamber system on a short axial length.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der wenigstens eine Nebeneinlass eine Mittelachse auf und die Mittelachse ist zwischen einer ersten und einer letzten Scheibe der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe angeordnet.According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one secondary inlet has a central axis and the central axis is between a first and a last disc of the at least one turbomolecular pumping stage arranged.
Das bedeutet, dass der Nebeneinlass tatsächlich zwischen die Scheiben des Scheibenpaketes der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt. Hierdurch werden zusätzlich zu den zum Stand der Technik gehörenden Einlässen, die zwischen den Pumpstufen angeordnet sind, zusätzliche Einlässe geschaffen, so dass eine größere Anzahl von Vakuumkammern evakuiert werden kann.This means that the secondary inlet actually leads between the disks of the disk package of the at least one turbomolecular pumping stage. As a result, in addition to the state of the art inlets located between the pumping stages, additional inlets are provided so that a larger number of vacuum chambers can be evacuated.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei Statorscheiben und/oder zwischen zwei Rotorscheiben und/oder zwischen einer Statorscheibe und einer Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one secondary inlet is arranged between two stator disks and / or between two rotor disks and / or between a stator disk and a rotor disk of at least one turbomolecular pumping stage.
Das bedeutet, dass der Nebeneinlass zwischen den Scheiben eines Statorpaketes angeordnet ist, während ein Haupteinlass zwischen den Statorpaketen angeordnet ist.This means that the secondary inlet is arranged between the disks of a stator pack, while a main inlet is arranged between the stator packs.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei benachbarten Statorscheiben und/oder zwischen benachbarten Rotorscheiben und/oder zwischen einer Statorscheibe und einer benachbarten Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet. Das bedeutet, dass die Nebeneinlässe bezüglich ihres Durchmessers relativ klein gewählt werden und zwischen den Scheiben angeordnet sind.According to a further advantageous embodiment of the invention, the at least one secondary inlet is arranged between two adjacent stator disks and / or between adjacent rotor disks and / or between a stator disk and an adjacent rotor disk of at least one turbomolecular pumping stage. This means that the secondary inlets are chosen to be relatively small in diameter and arranged between the discs.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Saugvermögen des wenigstens einen Nebeneinlasses geringer ist als das Saugvermögen eines Haupteinlasses.It is advantageously provided that a pumping speed of the at least one secondary inlet is less than the suction capacity of a main inlet.
Die Nebeneinlässe dienen dazu, die Anzahl der Anzapfungen eines zu evakuierenden Mehrkammersystems zu erhöhen.The secondary inlets serve to increase the number of taps of a multi-chamber system to be evacuated.
Zwischen den einzelnen Pumpstufen, das heißt zwischen den einzelnen Scheibenpaketen oder anderen Pumpstufen, beispielsweise Gaede- oder Holweckpumpstufen, ist relativ viel Platz, so dass die Haupteinlässe einen relativ großen Querschnitt aufweisen können. Die Nebeneinlässe führen zwischen Scheiben der Turbomolekularpumpstufen und weisen aus diesem Grunde lediglich einen relativ geringen Querschnitt auf.Between the individual pumping stages, that is to say between the individual disk packages or other pumping stages, for example Gaede or Holweck pumping stages, there is a relatively large amount of space, so that the main inlets can have a relatively large cross section. The secondary inlets lead between disks of turbomolecular pumping stages and therefore have only a relatively small cross-section.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei n Scheiben n - 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind.In accordance with a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that n-1 secondary inlets are provided in the case of n disks.
Das bedeutet, dass die Anzahl der Nebeneinlässe geringer ist als die Anzahl der Scheiben. Wird ein Scheibenpaket der Turbomolekularpumpstufe aus zwei Scheiben gebildet, kann zwischen diesen beiden Scheiben ein Nebeneinlass vorgesehen sein.This means that the number of secondary inlets is less than the number of slices. If a disk pack of the turbomolecular pumping stage is formed from two disks, a secondary inlet can be provided between these two disks.
Es ist jedoch auch möglich, mehrere radiale Nebeneinlässe im Bereich einer Turbomolekularpumpstufe vorzusehen. Gleichermaßen ist es auch möglich, bei mehreren Turbomolekularpumpstufen in jeder dieser Turbomolekularpumpstufen einen oder mehrere Nebeneinlässe vorzusehen. Verschiedene Turbomolekularpumpstufen können mit und ohne Nebeneinlässe ausgebildet sein.However, it is also possible to provide a plurality of radial secondary inlets in the region of a turbomolecular pumping stage. Likewise, it is also possible to provide one or more secondary inlets at multiple turbomolecular pumping stages in each of these turbomolecular pumping stages. Various turbomolecular pumping stages may be formed with and without secondary inlets.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe wenigstens eine Holweckpumpstufe und/oder eine Siegbahnpumpstufe und/oder eine Gaedepumpstufe und/oder eine Seitenkanalpumpstufe und/oder eine Gewindepumpstufe vorgesehen ist.It is advantageously provided that, in addition to the at least one turbomolecular pumping stage, at least one Holweck pumping stage and / or one Siegbahn pumping stage and / or one Gaedepumpstufe and / or a Seitenkanalpumpstufe and / or a Gewindepumpstufe is provided.
Splitflow-Vakuumpumpen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Turbomolekularpumpstufen und wenigstens einer weiteren der genannten Pumpstufen.Split-flow vacuum pumps usually consist of one or more turbomolecular pumping stages and at least one other of said pumping stages.
Durch die Kombination verschiedener Pumpstufen können die Druckverhältnisse in den zu evakuierenden Kammern entsprechend eingestellt werden.By combining different pumping stages, the pressure conditions in the chambers to be evacuated can be adjusted accordingly.
Beispielsweise ist es möglich, zwischen den Pumpstufen, beispielsweise zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen einen Haupteinlass vorzusehen und beispielsweise zusätzlich eine Holweckpumpstufe anzuordnen. Gemäß der Erfindung wird zusätzlich im Bereich der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe wenigstens ein weiterer Nebeneinlass angeordnet.For example, it is possible to provide a main inlet between the pumping stages, for example between two turbomolecular pumping stages, and for example additionally to arrange a Holweck pumping stage. According to the invention, at least one further secondary inlet is additionally arranged in the region of the at least one turbomolecular pumping stage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus einer oder mehreren Rotorscheiben und/oder aus einer oder mehreren Statorscheiben gebildet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a turbomolecular pump stage is formed from one or more rotor disks and / or from one or more stator disks.
Eine Pumpstufe besteht üblicherweise aus wenigstens einer Statorscheibe und wenigstens einer Rotorscheibe. Häufig sind mehrere Statorscheiben und mehrere Rotorscheiben, die abwechselnd ineinander greifen, vorgesehen. Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei n Scheiben n - 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind. Sind beispielsweise eine Statorscheibe und eine Rotorscheibe vorgesehen, die eine Turbomolekularpumpstufe bilden, ist der Einlass zwischen diesen Scheiben angeordnet.A pumping stage usually consists of at least one stator disk and at least one rotor disk. Often, a plurality of stator disks and a plurality of rotor disks, which engage alternately, are provided. According to the invention, it is advantageously provided that n-1 secondary inlets are provided for n disks. For example, if a stator disk and a rotor disk are provided which form a turbomolecular pump stage, the inlet is arranged between these disks.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Statorscheibe und eine benachbarte Rotorscheibe einer Turbomolekularpumpstufe eine axiale Länge L festlegen, und dass ein Abstand zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen mindestens so groß ist wie diese Länge L.A further advantageous embodiment of the invention provides that a stator disk and an adjacent rotor disk of a turbomolecular pumping stage define an axial length L, and that a distance between two turbomolecular pump stages at least as long as this length L.
Hierdurch ist festgelegt, dass mindestens eine Statorscheibe und/oder eine Rotorscheibe mindestens eine Turbomolekularpumpstufe bilden. Ist der Abstand zwischen benachbarten Statorscheiben und/oder benachbarten Rotorscheiben so groß, dass die Länge L überschritten wird, beginnt gemäß der Erfindung eine neue Turbomolekularpumpstufe. Ein Einlass in diesem Bereich zwischen den Turbomolekularpumpstufen wird als Haupteinlass angesehen. Ein Einlass im Bereich der Turbomolekularpumpstufe selbst wird als Nebeneinlass angesehen.As a result, it is defined that at least one stator disk and / or one rotor disk form at least one turbomolecular pumping stage. If the distance between adjacent stator disks and / or adjacent rotor disks is so great that the length L is exceeded, a new turbomolecular pumping stage commences according to the invention. An inlet in this area between the turbomolecular pumping stages is considered to be the main inlet. An inlet in the area of the turbomolecular pumping stage itself is considered as a secondary inlet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe gebildet ist.According to a further embodiment of the invention, it is provided that a turbomolecular pump stage is formed from at least one rotor disk.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform bezüglich der Einlässe ist grundsätzlich auch bei einer Turbomolekularpumpe anwendbar.The embodiment according to the invention with regard to the inlets can in principle also be used in a turbomolecular pump.
Vorteilhaft besteht eine Pumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe und wenigstens einer Statorscheibe. In diesem Fall ist der Nebeneinlass zwischen der Rotorscheibe und der Statorscheibe angeordnet.Advantageously, a pumping stage consists of at least one rotor disk and at least one stator disk. In this case, the secondary inlet is arranged between the rotor disk and the stator disk.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens zwei radialen Einlässen, wobei die Vakuumpumpe Statorscheiben und auf einer Welle angeordnete Rotorscheiben aufweist, wobei auf der Welle wenigstens zwei Scheibenpakete angeordnet sind, wobei die Welle wenigstens zwei unterschiedliche Außendurchmesser aufweist und die Scheibenpakete an die Außendurchmesser angepasste Innendurchmesser aufweisen, sieht vor, dass die Welle zusätzlich zu einem Bereich mit einem größten Durchmesser in axialer Richtung beidseitig jeweils wenigstens zwei Bereiche mit kleineren Durchmessern aufweist.Another advantageous embodiment of the split-flow vacuum pump according to the invention with at least two radial inlets, wherein the vacuum pump has stator disks and rotor disks arranged on a shaft, wherein at least two disk packages are arranged on the shaft, wherein the shaft has at least two different outer diameters and the disk packages to the Have outer diameter adapted inner diameter, provides that the shaft in addition to a region with a largest diameter in the axial direction on both sides each have at least two regions with smaller diameters.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht eine große Anzahl von einzelnen Scheibenpaketen auf der Welle. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, vier oder mehr Scheibenpakete auf dem Rotor anzuordnen.The embodiment of the invention allows a large number of individual disc packs on the shaft. According to this embodiment, it is possible to arrange four or more disk packs on the rotor.
Dadurch, dass die Welle zusätzlich zu einem Bereich mit einem größten Durchmesser in axialer Richtung beidseitig jeweils wenigstens zwei Bereiche mit kleineren Durchmessern aufweist, kann in diesen Bereichen jeweils wenigstens ein Scheibenpaket angeordnet werden. Hierdurch ist es möglich, den Bereich mit dem größten Durchmesser als Anschlag zu verwenden und in axialer Richtung auf dem daran sich anschließenden Bereich mit einem etwas kleineren Durchmesser beidseitig des Bereiches mit dem größten Durchmesser jeweils wenigstens ein Scheibenpaket anzuordnen. Auf den sich daran anschließenden Bereichen mit wiederum einem etwas kleineren Durchmesser kann jeweils wenigstens ein weiteres Scheibenpaket angeordnet werden. Die Bereiche mit den größeren Durchmessern dienen jeweils als Anschlag für die Scheibenpakete, die auf den Bereichen mit den etwas kleineren Durchmessern montiert sind. In dem beschriebenen Fall werden auf die Welle von links und von rechts jeweils zwei Pakete aufgeschoben, so dass vier Pakete mit nur zwei Durchmessern angeordnet werden, was den Vorteil aufweist, dass sehr viele Gleichteile in Bezug auf die Rotorscheiben und die Scheibenpakete verwendbar sind.Characterized in that the shaft in addition to a region having a largest diameter in the axial direction on both sides in each case at least two regions having smaller diameters, in each case at least one disc package can be arranged in these areas. This makes it possible to use the area with the largest diameter as a stop and to arrange in the axial direction on the adjoining area with a slightly smaller diameter on both sides of the area with the largest diameter in each case at least one disc pack. On the adjoining areas, again with a slightly smaller diameter, at least one further disc pack can be arranged in each case. The larger diameter areas each serve as a stop for the disk packs mounted on the areas of slightly smaller diameters. In the case described, two packets are respectively pushed onto the shaft from the left and from the right, so that four packages with only two diameters are arranged, which has the advantage that a great many identical parts can be used with respect to the rotor disks and the disk packages.
Bei dem Aufbau einer Splitflow-Vakuumpumpe ist es erforderlich, eine sehr hohe Genauigkeit bei der Montage einzuhalten. Da die Statorscheibenpakete mit Abstand zueinander angeordnet sind und damit auch die Rotorscheibenpakete mit Abstand zueinander angeordnet sind, ist es sinnvoll, auf der Welle mit Anschlägen zu arbeiten. Je mehr Anschläge vorhanden sind, um so weniger Toleranzen sind bei den Scheiben erforderlich und die Spalte zwischen den Stator- und Rotorscheiben können kleiner ausgebildet sein.In the construction of a split-flow vacuum pump, it is necessary to maintain a very high accuracy during assembly. Since the stator disc packs at a distance from each other are arranged and thus the rotor disk packages are arranged at a distance from each other, it makes sense to work on the shaft with stops. The more stops are present, the less tolerances are required for the discs and the gaps between the stator and rotor discs can be made smaller.
Fehlen die Anschläge, müssen die Rotorscheiben entsprechend genau gefertigt sein, was einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet oder der Abstand zwischen Rotor- und Statorscheiben muss entsprechend groß gewählt werden, damit die Fertigungstoleranz nicht zu einer Kollision zwischen Stator- und Rotorscheibe führen.If the stops are missing, the rotor disks have to be manufactured with sufficient precision, which means a high manufacturing outlay, or the distance between the rotor and stator disks must be selected to be large enough so that the manufacturing tolerance does not lead to a collision between the stator and rotor disks.
Das wenigstens eine Scheibenpaket wird vorteilhaft gegen einen Anschlag montiert, wenn der Anschlag nicht von einer Hülse gebildet wird.The at least one disk package is advantageously mounted against a stop when the stop is not formed by a sleeve.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereiche mit den kleineren Durchmessern auf beiden Seiten des Bereiches mit dem größten Durchmesser jeweils paarweise den gleichen Durchmesser aufweisen. Hierdurch ist es möglich, auf den ersten kleineren Durchmessern auf beiden Seiten des Bereiches mit dem größten Durchmesser gleiche Scheibenpakete, das heißt Scheibenpakete mit dem gleichen Durchmesser zu montieren. Das gleiche gilt für die sich an diese Bereiche anschließenden Bereiche mit nochmals verringertem Durchmesser. Hierdurch besteht die Möglichkeit, vier Scheibenpakete zu montieren, die von der Fertigung her jedoch nur zwei Durchmesser aufweisen müssen. Hierdurch können viele Gleichteile vormontiert werden, was die Fertigungskosten erheblich senkt.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the areas with the smaller diameters on both sides of the area with the largest diameter in each case in pairs have the same diameter. This makes it possible, on the first smaller diameters on both sides of the area with the largest diameter same disc packs, that is to assemble disc packs with the same diameter. The same applies to the areas adjacent to these areas with a further reduced diameter. As a result, it is possible to mount four disc packages, which must have only two diameters from the manufacturing forth. As a result, many identical parts can be pre-assembled, which significantly reduces the manufacturing costs.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Übergänge zwischen den Bereichen mit unterschiedlichen Durchmessern als Anschlag für die Scheibenpakete ausgebildet sind. Durch diese Anschläge ist gewährleistet, dass die Scheibenpakete der Rotorscheiben exakt zwischen den Statorscheiben positioniert sind und dass Fertigungstoleranzen der einzelnen Scheibenpakete sich nicht über die gesamte Länge der Welle aufaddieren.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that transitions between the regions with different diameters are designed as a stop for the disk packs. These stops ensure that the disk packages of the rotor disks are positioned exactly between the stator disks and that manufacturing tolerances of the individual disk packages do not add up over the entire length of the shaft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle einen pyramidenförmigen symmetrischen Aufbau vorsieht. In diesem Fall können beide Seiten der Welle jeweils mit gleichen Scheibenpaketen bestückt werden. Grundsätzlich ist es möglich, die Welle gestuft auszuführen. Es ist auch möglich, die Welle sich wenigstens teilweise konisch verjüngend auszubilden.According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the shaft provides a pyramidal symmetrical structure. In this case, both sides of the shaft can each be equipped with the same disc packs. In principle, it is possible to execute the wave in a stepped manner. It is also possible to form the shaft at least partially conically tapered.
Die verschiedenen Geometrien, das heißt, die abgestufte und konische Geometrie der Welle können auch miteinander kombiniert werden.The different geometries, that is, the stepped and conical geometry of the shaft can also be combined.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Splitflow-Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse drehbar angeordneten Welle, auf der Rotorscheiben angeordnet sind und an dem Gehäuse angeordneten Statorscheiben, sieht vor, dass das Gehäuse wenigstens zwei Gehäusebereiche aufweist, die thermisch entkoppelt ausgebildet sind oder zwischen denen eine reduzierte thermische Kopplung ausgebildet ist. Bei Vakuumpumpen ist es häufig erwünscht, eine Seite der Pumpe aufzuheizen, um ein besseres Evakuieren des Rezipienten zu erreichen. Die gegenüberliegende Seite der Pumpe, welche in den meisten Fällen die Seite ist, in der die Lager angeordnet sind, soll nach Möglichkeit nicht aufgeheizt werden, beziehungsweise diese Seite wird nach Möglichkeit sogar gekühlt, um eine störungsfreie Lagerung der Welle zu erreichen.A further advantageous embodiment of the split-flow vacuum pump according to the invention with a housing, a shaft rotatably mounted in the housing, are arranged on the rotor disks and disposed on the housing stator disks, provides that the housing has at least two housing portions which are formed thermally decoupled or between which a reduced thermal coupling is formed. With vacuum pumps, it is often desirable to heat one side of the pump to achieve a better evacuation of the recipient. The opposite side of the pump, which is in most cases the side in which the bearings are arranged, should not be heated if possible, or this Side is even cooled, if possible, to achieve a trouble-free storage of the shaft.
Das bedeutet, dass der eine Teil der Vakuumpumpe sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird, während der gegenüberliegende Teil der Vakuumpumpe relativ niedrige Temperaturen aufweisen muss.This means that one part of the vacuum pump is exposed to very high temperatures, while the opposite part of the vacuum pump has to have relatively low temperatures.
Aus diesem Grunde ist es vorgesehen, zwischen den wenigstens beiden Gehäusebereichen eine thermische Restriktion zu erreichen.For this reason, it is provided to achieve a thermal restriction between the at least two housing areas.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Gehäusebereiche durch einen Gehäuseabschnitt mit einer gegenüber der Wandstärke der zwei Gehäusebereiche verringerten Wandstärke verbunden sind.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least two housing areas are connected by a housing section with a wall thickness reduced in relation to the wall thickness of the two housing areas.
Das bedeutet, dass ein Wandbereich zwischen den beiden Gehäusebereichen einen dünneren Querschnitt aufweist als das restliche Gehäuse. Das Gehäuse weist beispielsweise hierzu eine Einschnürung auf.This means that a wall area between the two housing areas has a thinner cross-section than the rest of the housing. For example, the housing has a constriction for this purpose.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich des Gehäuseabschnittes eine Armierung aus einem Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als der Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere in einem Bereich mit einer Einschnürung kann eine derartige Armierung vorteilhaft angeordnet werden.According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that in the region of the housing portion, a reinforcement made of a material having a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the housing is arranged. In particular, in a region with a constriction, such a reinforcement can be arranged advantageously.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei Gehäusebereiche aus zwei getrennten Gehäusebauteilen gebildet sind und dass zwischen den Gehäusebauteilen wenigstens eine thermische Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung weist vorteilhaft eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuse auf. Vorteilhaft kann die Dichtung aus Glas und/oder Keramik und/oder Kunststoff gebildet sein. Durch diese Dichtung ist gewährleistet, dass keine Wärmeübertragung von dem erwärmten Teil des Gehäuses auf den gekühlten Teil des Gehäuses stattfindet.A further advantageous embodiment of the invention provides that the at least two housing areas are formed from two separate housing components and that between the housing components at least one thermal Seal is arranged. The seal advantageously has a lower thermal conductivity than the housing. Advantageously, the seal may be formed of glass and / or ceramic and / or plastic. This seal ensures that there is no heat transfer from the heated part of the housing to the cooled part of the housing.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse wenigstens eine Bohrung und/oder wenigstens eine Nut angeordnet ist, in denen Heizelemente und/oder Spulen zum Heizen des Gehäuses und/oder Kühlelemente angeordnet sind. Durch diese Vorrichtungen ist es möglich, die Bereiche des Gehäuses zu heizen, die eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen sollen, und die Bereiche des Gehäuses, die gekühlt werden sollen, zu kühlen.It is advantageously provided that in the housing at least one bore and / or at least one groove is arranged, in which heating elements and / or coils for heating the housing and / or cooling elements are arranged. Through these devices, it is possible to heat the areas of the housing, which are to have a correspondingly high temperature, and to cool the areas of the housing, which are to be cooled.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten vorgesehen, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen sind, bei dem vorgesehen ist, dass zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung vorgesehen sind/ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, a vacuum system with at least one vacuum pump and at least one recipient is provided in which a releasable connection is provided between the vacuum pump and the recipient, wherein at least one elastomeric seal is sealing the connection to the atmosphere side and at least one is towards the vacuum side a gap seal are provided, wherein it is provided that at least one suction channel and / or at least one suction opening is / are provided between the elastomer seal and the gap seal.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass an den Dichtstellen auf der Atmosphärenseite eine Elastomerdichtung zum Einsatz kommt. Diese ist vorteilhaft als O-Ring ausgebildet. Zwischen der Elastomerdichtung und dem beispielsweise Ultrahochvakuumanschluss kommt als zweites Dichtelement wenigstens eine Spaltdichtung zum Einsatz. Die Flächen des Rezipienten (Kammer) und eine Fläche des Pumpengehäuses werden aufeinander gedrückt.This embodiment has the advantage that an elastomeric seal is used at the sealing points on the atmosphere side. This is advantageously designed as an O-ring. At least one gap seal is used as the second sealing element between the elastomer seal and the, for example, ultra-high vacuum connection. The Areas of the recipient (chamber) and a surface of the pump housing are pressed together.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe kann in der Rotorwelle Nuten und/oder Bohrungen und/oder Einschnürungen aufweisen. An wenigstens einem Ende der Rotorwelle kann wenigstens eine Hülse angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, wenigstens eine Hülse vor oder zwischen den Rotorscheibenpaketen und/oder den Rotorscheiben anzuordnen. Die wenigstens eine Hülse kann im Bereich von Vollmaterial der Rotorwelle angeordnet sein. Die wenigstens eine Hülse kann wenigstens eine Einschnürung und/oder die Nuten und/oder die Bohrungen abdeckend ausgebildet sein. Die Hülse kann auch in einem rotorwellenfreien Bereich angeordnet sein. In diesem Fall ist die Rotorwelle als geteilte Welle ausgebildet und die wenigstens eine Hülse stützt und überdeckt den rotorwellenfreien Bereich. Die Welle kann auch als Welle mit einer Innenbohrung entlang der Längsachse der Welle ausgebildet sein. Diese Ausführungsformen können einzeln oder in beliebigen Kombinationen bei einer Splitflow-Vakuumpumpe eingesetzt werden.The vacuum pump according to the invention can have grooves and / or bores and / or constrictions in the rotor shaft. At least one sleeve may be arranged on at least one end of the rotor shaft. It is also possible to arrange at least one sleeve in front of or between the rotor disk packages and / or the rotor disks. The at least one sleeve can be arranged in the region of solid material of the rotor shaft. The at least one sleeve may be formed covering at least one constriction and / or the grooves and / or the holes. The sleeve can also be arranged in a rotor shaft-free area. In this case, the rotor shaft is formed as a split shaft and the at least one sleeve supports and covers the rotor shaft free area. The shaft may also be formed as a shaft with an internal bore along the longitudinal axis of the shaft. These embodiments can be used individually or in any combination in a split-flow vacuum pump.
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 Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe;
- Fig. 2
- einen Rotor mit Hülse am Wellenende im Längsschnitt;
- Fig. 3
- eine Einzelheit der
Fig. 2 ; - Fig. 4
- einen Rotor mit Hülse zwischen Scheibenpaketen im Längsschnitt;
- Fig. 5
- einen Rotor mit Hülse zwischen Scheibenpaketen gemäß einem geänderten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
- Fig. 6
- einen Rotor mit Einschnürung im Längsschnitt;
- Fig. 7
- einen Rotor mit Hülse zwischen Scheibenpaketen und geteilter Rotorwelle im Längsschnitt;
- Fig. 8
- einen Querschnitt durch eine Rotorwelle;
- Fig. 9
- einen Längsschnitt durch ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Welle.
- Fig. 10
- ein Wellenende eines Rotors mit Innenbohrung im Längsschnitt;
- Fig. 11
- eine schematische Darstellung eines Rotors mit Scheibenpaketen mit Haupt- und Nebeneinlässen;
- Fig. 12
- eine Splitflow-Vakuumpumpe im Längsschnitt;
- Fig. 13
- eine Prinzipskizze eines Rotors mit auf dem Rotor angeordneten Rotorscheiben;
- Fig. 14
- einen Längsschnitt durch eine Welle mit aufgepressten Rotorscheiben;
- Fig. 15
- eine Prinzipskizze eines Rotors einer Splitflow-Vakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik;
- Fig. 16
- ein geändertes Ausführungsbeispiel;
- Fig. 17
- eine Vakuumpumpe in perspektivischer Ansicht mit Vakuumanschluss;
- Fig. 18
- eine Hülse mit pumpaktiven Strukturen im Querschnitt;
- Fig. 19
- ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Hülse mit pumpaktiven Strukturen im Querschnitt.
- Fig. 1
- a longitudinal section through an arrangement with a vacuum pump according to the invention;
- Fig. 2
- a rotor with sleeve at the shaft end in longitudinal section;
- Fig. 3
- a detail of
Fig. 2 ; - Fig. 4
- a rotor with sleeve between disk packages in longitudinal section;
- Fig. 5
- a rotor with sleeve between disc packages according to a modified embodiment in longitudinal section;
- Fig. 6
- a rotor with constriction in longitudinal section;
- Fig. 7
- a rotor with sleeve between disk packages and split rotor shaft in longitudinal section;
- Fig. 8
- a cross section through a rotor shaft;
- Fig. 9
- a longitudinal section through a modified embodiment of a shaft.
- Fig. 10
- a shaft end of a rotor with an internal bore in longitudinal section;
- Fig. 11
- a schematic representation of a rotor with disk packages with main and secondary inlets;
- Fig. 12
- a split-flow vacuum pump in longitudinal section;
- Fig. 13
- a schematic diagram of a rotor with arranged on the rotor rotor discs;
- Fig. 14
- a longitudinal section through a shaft with pressed-rotor discs;
- Fig. 15
- a schematic diagram of a rotor of a split-flow vacuum pump according to the prior art;
- Fig. 16
- a modified embodiment;
- Fig. 17
- a vacuum pump in perspective view with vacuum connection;
- Fig. 18
- a sleeve with pump-active structures in cross section;
- Fig. 19
- a modified embodiment of a sleeve with pump-active structures in cross section.
Die Vakuumpumpe 1 weist eine Welle 13 auf, welche Rotorscheiben 14 bis 19 trägt. Die Rotorscheiben 14 bis 19 stehen in Eingriff mit Statorscheiben 20. Die Rotorscheiben 14, 15, 16 bilden ein erstes Scheibenpaket 21 und die Rotorscheiben 17 bis 19 bilden ein zweites Scheibenpaket 22. Das Scheibenpaket 22 bildet mit den Statoren 20 ein hochvakuumseitiges Rotor-Statorpaket. Das Scheibenpaket 21 bildet mit den Statorscheiben 20 ein zwischenvakuumseitiges Rotor-Statorpaket. Die Schaufeln in beiden Paketen sind dabei, wie im Stand der Technik bekannt, sowohl stator- als auch rotorseitig an Tragringen befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet. Vor dem hochvakuumseitigen Rotor-Statorpaket befindet sich ein erster Gaseinlass 23, vor dem vorvakuumseitigen Rotor-Statorpaket befindet sich ein zweiter Gaseinlass 24.The
Von der Mehrkammervakuumanlage führt ein erster Haupteinlass 23 in die Vakuumpumpe 1. Von der zweiten Kammer 4 führt ein zweiter Haupteinlass 24 in die Vakuumpumpe 1. Von der Vakuumkammer 5 führt ein weiterer Haupteinlass 25 in die Vakuumpumpe 1 und von der Vakuumkammer 6 führt ein weiterer Haupteinlass 26 in die Vakuumpumpe 1.From the multichamber vacuum system, a first
Die Haupteinlässe 23, 24, 25, 26 sind zwischen den Turbomolekularpumpstufen 21, 22 angeordnet.The
Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 22 ist ein erster Nebeneinlass angeordnet, der von der Vakuumkammer 5 in die Vakuumpumpe 1 führt. Von der Vakuumkammer 6 führt darüber hinaus ein weiterer Nebeneinlass 28 im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 21 in die Vakuumpumpe 1.In the region of the
Damit wird die Anzahl der Einlässe durch die Nebeneinlässe 27, 28 erhöht. Die Nebeneinlässe 27, 28 sind im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 21, 22 angeordnet.Thus, the number of inlets through the
Die Rotorwelle 13 weist Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern auf.The
Ein erster Bereich 29 ist ein Bereich mit dem größten Durchmesser. Beidseitig der Welle 13 schließen sich zwei Bereiche 30, 31 mit kleineren Durchmessern an. Hieran schließen sich wiederum Bereiche 32, 33 mit noch kleinerem Durchmesser der Welle 13 an. Im Bereich 29 des größten Durchmessers der Welle 13 sind keine Rotorscheiben angeordnet. Im Bereich 30 ist die Rotorscheibe 16 angeordnet, die durch einen Anschlag 34, der durch den stufenförmigen Absatz zwischen dem Bereich 29 und dem Bereich 30 gebildet, lokal eindeutig festgelegt.A
Gleiches gilt für die Rotorscheibe 15, die durch einen Anschlag 35 zwischen den Bereichen 30, 32 festgelegt wird.The same applies to the
Gleiches gilt für die Rotorscheibe 17, die durch einen Anschlag 36 auf der Welle 13 festgelegt ist und die Rotorscheibe 18, die durch einen Anschlag 37 an der Welle 13 festgelegt ist. Zwischen den Rotorscheiben 14, 15 und den Rotorscheiben 18, 19 ist jeweils eine Abstandshülse 38 angeordnet. Durch die Anschläge 34 bis 37 werden die Rotorscheiben 14 bis 19 auf der Welle 13 exakt platziert, so dass zwischen den Rotorscheiben 14 bis 19 und den Statorscheiben 20 schmale Spalte ausgebildet werden können.The same applies to the
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Rotorscheiben 14 bis 19 exakt auf der Welle platziert werden, wodurch sehr geringe Spalte ausgebildet werden können. Hierdurch erhöht sich die Pumpleistung der Vakuumpumpe 1. Durch die Verwendung vieler Gleichteile ist die Pumpe preiswert in der Herstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden auf den beiden Seiten des Bereiches 29 der Welle 13 mit dem größten Durchmesser jeweils zwei Rotorscheibenpakete mit jeweils gleichem Innendurchmesser angeordnet.Another advantage of the invention is that the
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist eine Ausführungsform, bei der im Bereich des größten Durchmessers 29 Nuten 39, 40 angeordnet sind, die die Masse der Welle verringern. Da die Splitflow-Vakuumpumpen eine sehr lange Baulänge aufweisen, ist das modale Verhalten des Rotors und insbesondere der Rotorwelle kritisch. Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung die Masse und damit auch die Gewichtskraft der Welle reduziert bei gleichbleibender Steifigkeit.A further advantageous embodiment of the invention is an embodiment in which in the region of the
Die Vakuumpumpe 1 weist ein Gehäuse 41 auf. Um thermische Übergänge zwischen der Hochvakuumseite und Vorvakuumseite im Gehäuse 41 zu reduzieren, weist das Gehäuse 41 eine Einschnürung 42 auf. Durch diese Einschnürung wird die Wärmeleitfähigkeit reduziert. Es ist möglich, im Bereich der Einschnürung 42 zusätzlich eine nicht dargestellte Armierung vorzusehen. Das Gehäuse kann im Bereich der Einschnürung 42 auch geteilt ausgebildet sein und zwischen beiden Teilen des Gehäuses kann eine thermische Dichtung angeordnet sein.The
Die Welle 13 ist mittels eines Magnetlagers 43 auf der einen Seite gelagert. In einer lediglich schematisch dargestellten Halterung 43a sind Gegenlager 43b angeordnet. Auf der anderen Seite ist das Lager nicht dargestellt. Es kann sich bei der Lagerung auf der nicht dargestellten Seite beispielsweise um ein Öl geschmiertes Kugellager handeln.The
In
Es besteht auch die Möglichkeit, zusätzlich zu den Turbomolekularpumpstufen eine Holweckpumpstufe und/oder eine Siegbahn-Pumpstufe und/oder eine Gaedepumpstufe und/oder eine Seitenkanal-Pumpstufe und/oder eine Gewinde-Pumpstufe vorzusehen.It is also possible, in addition to the turbomolecular pumping stages, to provide a Holweck pumping stage and / or a Siegbahn pumping stage and / or a Gaedepumpstufe and / or a side channel pumping stage and / or a threaded pumping stage.
Die Rotorscheibe 15 und die Statorscheibe 20 weisen in axialer Richtung gesehen eine axiale Länge L auf. Der Abstand zwischen den Turbomolekularpumpstufen 21, 22 ist größer als die Länge L.The
An einem Ende 104 der Rotorwelle 13 ist eine Hülse 59 angeordnet, die sich mit einem Ende 105 auf der Welle 13 abstützt und mit ihrem anderen Ende 106 auf einem Tragring 103. Der Tragring 103 stützt sich wiederum auf der Rotorwelle 13 ab.At one
Die Hülse ist damit vor und hinter einem Motormagneten 101 auf der Rotorwelle 13 gelagert. Durch die Hülse 59 wird die Steifigkeit des Rotors, insbesondere an dem sich stark verjüngendem Ende 104 deutlich erhöht. Gleichzeitig können die Motormagneten 101, das heißt die Magnetringe mit dem üblichen, relativ kleinen Durchmesser hergestellt werden, was sich kostengünstig auswirkt. Würde die Welle 13 durch eine Wellenende 104 mit größerem Durchmesser hinsichtlich der Steifigkeit verbessert, müssten die Motormagnete ebenfalls größer gebaut werden, was sich nachteilig auf die Kosten auswirken würde.The sleeve is thus mounted in front of and behind a
Die Hülse 59 weist wiederum Bohrungen 83 auf, durch die ein Hohlraum 109 zwischen den Wellenelementen 107, 108 evakuiert werden kann.The
In den
In
In
Bohrungen 55 sind derart ausgebildet, dass sie in der Welle 13 Durchgangsbohrungen bilden. Die Bohrungen 55 laufen in einem Punkt 56 zusammen. Eine Nut 57 weist einen stufenförmig abgesetzten Querschnitt auf. Eine Nut 58 ist in Richtung der Mittelachse sich konisch erweiternd ausgebildet. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Welle 13 eine hohe Steifigkeit behält. Das Material am Außenradius der Welle 13 trägt stärker zur modalen Steifigkeit bei als das Material am Innenradius. Aus diesem Grunde ist die Nut 58 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform.
Zusätzlich zu den Nuten kann eine Hülse 59 vorgesehen sein. Die Hülse 59 sollte aus einem steifen Material gebildet sein, jedoch eine geringe Masse aufweisen.In addition to the grooves, a
Die Hülse 59 weist vorteilhaft im Bereich der Nuten Bohrungen 83 auf. Diese Bohrungen dienen dazu, dass die Nuten 53, 54, 57, 58 und/oder Bohrungen 55 evakuiert werden können, damit diese während der Evakuierung des Rezipienten nicht entgasen.The
Zusätzlich ist ein Kugellager 114 vorgesehen, welches als Notlager ausgebildet ist. Das Kugellager 114 wird durch eine Feder 115 vorgespannt. In der Welle 13 ist eine Innenbohrung 116 angeordnet. Hierdurch wird das Gewicht der Welle deutlich reduziert, so dass das modale Verhalten des Rotors verändert wird.In addition, a
Pfeile 48 stellen den Gasstrom dar, der von zwei Haupteinlässen 24, 25 den Turbomolekularpumpstufen 45, 46 zugeführt wird. Die Pfeile 49 kennzeichnen den Gasstrom, der von zwei Nebeneinlässen 27, 28 im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 44, 45 dem Pumpsystem zugeführt wird.
Die Nebeneinlässe 27, 28 sind im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 44, 45 angeordnet, während die Haupteinlässe 24, 25 ihre Zuführung zwischen den Turbomolekularpumpstufen 44, 45 und 46 haben.The
Die Welle 13 ist mittels eines Magnetlagers 43 und eines Kugellagers 50 gelagert. Bei dem Kugellager 50 handelt es sich um ein Öl geschmiertes Kugellager. Die Welle 13 wird von einem Motor 51 angetrieben.The
Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 44 ist ein Nebeneinlass 27 vorgesehen. Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 45 ist ein Nebeneinlass 28 vorgesehen und im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 46 ist ein Nebeneinlass 52 vorgesehen.In the area of the
Durch diese Ausführungsform wird die Anzahl der Einlässe von den vier Haupteinlässen 23, 24, 25, 26 auf insgesamt sieben Einlässe, nämlich zuzüglich der drei Nebeneinlässe 27, 28, 52 erhöht.By this embodiment, the number of inlets from the four
Der Durchmesserunterschied zwischen den Bereichen 29, 30 bildet den Anschlag 34. Zwischen den Bereichen 29, 31 ist der Anschlag 36 vorgesehen. Zwischen den Bereichen 30, 32 ist der Anschlag 35 angeordnet und zwischen den Bereichen 31, 33 ist der Anschlag 37 vorgesehen.The difference in diameter between the
Die Montagerichtung der Scheiben 15, 16 ist durch den Pfeil A gekennzeichnet. Die Montagerichtung der Rotorscheiben 17, 18, 19 ist durch den Pfeil B gekennzeichnet. Mit M ist eine Mittelachse der Welle 13 gekennzeichnet. Die Welle 13 und die Rotorscheiben 15, 16, 17, 18, 19 sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse M aufgebaut.The mounting direction of the
Durch die Ausbildung von einer Nut, die eine größere Ausdehnung in axialer Richtung als in Umfangsrichtung der Welle 13 hat, wird die Masse der Welle reduziert, so dass sich das modale Verhalten des Rotors deutlich verbessert.The formation of a groove which has a greater extent in the axial direction than in the circumferential direction of the
Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform zeigt, dass ein Kundengehäuse 60 einen Einlass 61 aufweist, der in radialer Richtung versetzt zu dem Einlass 24 ausgebildet ist. Die axiale Länge der Pumpe und der Kundenkammer 60 passen nicht zusammen.This prior art embodiment shows that a
Gemäß
In die Turbomolekularpumpstruktur der Hülse 59, gebildet durch die Scheiben 119, 120, greifen Statorscheiben 121, 122, 123.
Die Scheiben 14, 119 bis 120 sind lediglich schematisch dargestellt.The
- 11
- Vakuumpumpevacuum pump
- 22
- MehrkammervakuumpumpanlageMulti-chamber vacuum pump system
- 33
- Kammerchamber
- 44
- Kammerchamber
- 55
- Kammerchamber
- 66
- Kammerchamber
- 77
- Trennwändepartitions
- 88th
- Trennwändepartitions
- 99
- Trennwändepartitions
- 1010
- Bohrungendrilling
- 1111
- Bohrungendrilling
- 1212
- Bohrungendrilling
- 1313
- Wellewave
- 1414
- Rotorscheibenrotor discs
- 1515
- Rotorscheibenrotor discs
- 1616
- Rotorscheibenrotor discs
- 1717
- Rotorscheibenrotor discs
- 1818
- Rotorscheibenrotor discs
- 1919
- Rotorscheibenrotor discs
- 2020
- Statorscheibenstator
- 2121
- Turbomolekularpumpstufe mit ScheibenpaketTurbomolecular pumping stage with disc package
- 2222
- Turbomolekularpumpstufe mit ScheibenpaketTurbomolecular pumping stage with disc package
- 2323
- Haupteinlassmain inlet
- 2424
- Haupteinlassmain inlet
- 2525
- Haupteinlassmain inlet
- 2626
- Haupteinlassmain inlet
- 2727
- NebeneinlassBesides inlet
- 2828
- NebeneinlassBesides inlet
- 2929
-
Bereich der Welle 13 mit größtem DurchmesserArea of the
shaft 13 with the largest diameter - 3030
-
Bereich der Welle 13 mit geringerem DurchmesserArea of the
shaft 13 with a smaller diameter - 3131
-
Bereich der Welle 13 mit geringerem DurchmesserArea of the
shaft 13 with a smaller diameter - 3232
-
Bereich der Welle 13 mit kleinstem DurchmesserArea of the
shaft 13 with the smallest diameter - 3333
-
Bereich der Welle 13 mit kleinstem DurchmesserArea of the
shaft 13 with the smallest diameter - 3434
- Anschlagattack
- 3535
- Anschlagattack
- 3636
- Anschlagattack
- 3737
- Anschlagattack
- 3838
- Hülseshell
- 3939
- Nutgroove
- 4040
- Nutgroove
- 4141
- Gehäusecasing
- 4242
- Einschnürungconstriction
- 4343
- Magnetlagermagnetic bearings
- 43a43a
- Halterungbracket
- 43b43b
- Gegenlagerthrust bearing
- 4444
- Turbomolekularpumpstufe mit RotorscheibenpaketenTurbomolecular pump stage with rotor disk packages
- 4545
- Turbomolekularpumpstufe mit RotorscheibenpaketenTurbomolecular pump stage with rotor disk packages
- 4646
- Turbomolekularpumpstufe mit RotorscheibenpaketenTurbomolecular pump stage with rotor disk packages
- 4747
- Pfeil GasstromArrow gas flow
- 4848
- Pfeil GasstromArrow gas flow
- 4949
- TurbomolekularpumpstufeTurbo molecular pump stage
- 5050
- Kugellagerball-bearing
- 5151
- Motorengine
- 5252
- NebeneinlassBesides inlet
- 5353
- Nutgroove
- 5454
- Nutgroove
- 5555
- Bohrungendrilling
- 5656
- Schnittpunktintersection
- 5757
- Nutgroove
- 5858
- Nutgroove
- 5959
- Hülseshell
- 6060
- Gehäusecasing
- 6161
- Einlassinlet
- 6262
- Stegweb
- 7272
- Vakuumanschlüssevacuum connections
- 7373
- Vakuumanschlüssevacuum connections
- 7575
- Vakuumanschlüssevacuum connections
- 7676
- Elastomerdichtungelastomer seal
- 7777
- Spaltdichtunggap seals
- 7878
- Absaugkanalsuction
- 7979
- ZwischenabsaugungenZwischenabsaugungen
- 8080
- Absaugöffnungsuction
- 8181
- DurchführungsbohrungBy guide bore
- 8282
- Verbindungconnection
- 8383
- Bohrungendrilling
- 101101
- Motormagnetmotor magnet
- 102102
- Einschnürung WelleConstriction shaft
- 103103
- Ringring
- 104104
-
Ende Rotorwelle 13
End rotor shaft 13 - 105105
-
Ende Hülse 59
End sleeve 59 - 106106
-
Ende Hülse 59
End sleeve 59 - 107107
- Wellenelementshaft member
- 108108
- Wellenelementshaft member
- 109109
- Hohlraumcavity
- 110110
- Wellenendeshaft end
- 111111
- Magnetlagermagnetic bearings
- 112112
- Magnetringemagnetic rings
- 113113
- Magnetringemagnetic rings
- 114114
- Kugellagerball-bearing
- 115115
- Federfeather
- 116116
- Innenbohrunginternal bore
- 117117
- Trägercarrier
- 118118
- Strukturelementestructural elements
- 119119
- Rotorscheiberotor disc
- 120120
- Rotorscheiberotor disc
- 121121
- Statorscheibestator
- 122122
- Statorscheibestator
- 123123
- Statorscheibestator
- AA
- Pfeilarrow
- BB
- Pfeilarrow
- LL
- axiale Längeaxial length
- MM
- Mittelachsecentral axis
Claims (16)
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülse (59) auf einem Bereich der Welle (13) mit Vollmaterial angeordnet ist.Vacuum pump according to one of claims 6 to 11,
characterized in that the at least one sleeve (59) is arranged on a region of the shaft (13) with solid material.
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülse (59) in einem Bereich ohne Rotorwelle zwischen zwei Wellenelementen (107, 108) angeordnet ist.Vacuum pump according to one of claims 6 to 11,
characterized in that the at least one sleeve (59) is arranged in a region without rotor shaft between two shaft elements (107, 108).
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JP (1) | JP6438916B2 (en) |
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