EP3462034A1

EP3462034A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: EP3462034A1
Application number: EP17193821.0A
Authority: EP
Inventors: Marko Will; Sönke Gilbrich
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe, mit einem ersten Gehäusebauteil, in dem ein pumpwirksamer Abschnitt der Vakuumpumpe und/oder ein Antrieb für einen pumpwirksamen Abschnitt der Vakuumpumpe angeordnet ist, einem zweiten Gehäusebauteil, welches von dem ersten Gehäusebauteil separat ausgeführt ist und in dem eine Funktionseinheit für die Vakuumpumpe vorgesehen ist und einer an dem zweiten Gehäusebauteil vorgesehenen Kühleinrichtung für die Funktionseinheit, wobei eine Isoliereinrichtung zwischen der Kühleinrichtung und dem ersten Gehäusebauteil vorgesehen ist, und wobei die Kühleinrichtung zwischen der Isoliereinrichtung und dem zweiten Gehäusebauteil angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe, mit einem ersten Gehäusebauteil, in dem ein pumpwirksamer Abschnitt der Vakuumpumpe und/oder ein Antrieb für einen pumpwirksamen Abschnitt der Vakuumpumpe angeordnet ist, einem zweiten Gehäusebauteil, welches von dem ersten Gehäusebauteil separat ausgeführt ist und in dem eine Funktionseinheit für die Vakuumpumpe vorgesehen ist und einer an dem zweiten Gehäusebauteil vorgesehenen Kühleinrichtung für die Funktionseinheit.
Bei üblichen Vakuumpumpen der eingangs genannten Art, findet im Betrieb der Pumpe im ersten Gehäusebauteil eine Wärmeentwicklung oder -erzeugung statt, wobei diese Wärme im Bereich der Funktionseinheit bzw. im zweiten Gehäusebauteil unerwünscht ist. Besonders viel Wärme im ersten Gehäusebauteil wird beispielsweise bei einer bekannten Vakuumpumpe erzeugt, bei der verschiedene Bereiche einer Vakuumpumpe geheizt und andere Bereiche gekühlt werden. Beispielsweise kann dabei der pumpwirksame Abschnitt geheizt werden, um Kondensation eines Prozessgases zu vermeiden und/oder Ablagerungen in der Pumpe zu entfernen. Eine Kühleinrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, um für temperaturempfindliche Bauteile, wie zum Beispiel elektronische Schaltungen, eine betriebssichere Temperatur zu gewährleisten, damit diese nicht thermisch überlastet werden.
Eine beispielhafte, insbesondere große, Turbomolekularvakuumpumpe wird durch eine Heizmanschette auf, insbesondere maximal, 75 °C aufgeheizt. Eine Elektronik der Pumpe muss dabei jedoch gekühlt werden, damit bestimmte Bauteile thermisch nicht überlastet werden.
Im Hinblick auf Energieeffizienz ist es unerwünscht, dass die im ersten Gehäusebauteil entstehende oder erzeugte, insbesondere von einer Heizeinrichtung eingebrachte, Wärme von der Kühleinrichtung wieder abgeführt wird. Gleichwohl muss ein Wärmeübergang von dem ersten Gehäusebauteil, insbesondere der Heizeinrichtung, zu den temperaturempfindlichen Bauteilen, beispielsweise in der Funktionseinheit, minimiert werden, damit diese nicht überhitzen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art mit einer wirksamen aber energieeffizienten Kühlung für die Funktionseinheit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass eine Isoliereinrichtung zwischen der Kühleinrichtung und dem ersten Gehäusebauteil vorgesehen ist, wobei die Kühleinrichtung zwischen der Isoliereinrichtung und dem zweiten Gehäusebauteil angeordnet ist.
Durch die Isoliereinrichtung wird ein Wärmeübergang von dem ersten Gehäusebauteil zu der Kühleinrichtung wirksam reduziert. Somit wird die von einer Wärmequelle, z.B. einem Antrieb der Pumpe oder einer Heizeinrichtung, im ersten Gehäusebauteil abgegebene Wärme von der Kühleinrichtung abgeschirmt, wobei auch die Funktionseinheit wirksam von der Wärmequelle abgeschirmt ist und zwar durch sowohl die Isoliereinrichtung als auch die Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung kann somit besonders klein dimensioniert werden, da sie von der Wärmequelle nur eine äußerst geringe Wärmemenge abführen muss. Stattdessen braucht die Kühleinrichtung lediglich für die in der Funktionseinheit abzuführende Wärme dimensioniert werden.
Hinzu kommt, dass durch die reduzierte Kühlleistung eine Kondensation, insbesondere von in der Umgebungsluft vorhandenem Wasserdampf, im zweiten Gehäusebauteil an der Kühleinrichtung verringert oder vermieden wird. Somit kann die Funktionseinheit wirksam vor Flüssigkeitseintrag geschützt werden und es sind keine zusätzlichen Maßnahmen zur Verhinderung von Kondensation oder Abführung von Kondensat notwendig. Im Stand der Technik wurde hierfür beispielsweise ein Kühlmittelventil vorgesehen, um bei Unterschreiten bestimmter Temperaturschwellen die Kühleinrichtung auszuschalten und so eine Kondensation zu verhindern. Alternativ wurde beispielsweise eine zusätzliche Heizung für das zweite Gehäusebauteil vorgesehen. Vor allem diese zusätzliche Heizung ist energietechnisch nachteilig, da die Kühleinrichtung von der Heizung erwärmt wird und umgekehrt. Erfindungsgemäß sind derartige, insbesondere kostenintensive, Hilfsmittel zur Kondensationsvermeidung nicht länger nötig.
Es kann also beispielsweise auf ein Kühlwasserventil und eine hierfür vorgesehene Verrohrung verzichtet werden. Eine Steuerung für die Kühleinrichtung kann dadurch kleiner und kostengünstiger ausgeführt werden, insbesondere durch Wegfall von zusätzlichen Steckern und Relais. Auch lässt sich die erfindungsgemäße Vakuumpumpe besonders einfach montieren. Beispielsweise können alle Anschlüsse der Vakuumpumpe in eine Richtung weisen. Gegebenenfalls in der Funktionseinheit vorgesehene Elektronikkomponenten werden deutlich besser gekühlt, was deren Lebensdauer erhöht. Außerdem kann somit Platz und Zugang für weiteres Zubehör erreicht werden.
Insbesondere gegenüber der Lösung des Standes der Technik mit abschaltbarer Kühleinrichtung ergibt sich der weitere Vorteil der Erfindung, dass die Bauteile der Vakuumpumpe keinen stark variierenden Temperaturen ausgesetzt werden müssen, was deren Lebensdauer beeinträchtigen könnte. Stattdessen kann die Kühleinrichtung, und insbesondere auch eine optionale zusätzliche Heizeinrichtung im ersten Gehäusebauteil, beispielsweise im Wesentlichen stationär und/oder dauerhaft betrieben werden, was insbesondere alle beteiligten Bauteile schont.
In der Funktionseinheit können insbesondere temperaturempfindliche Bauteile, wie zum Beispiel elektronische Schaltungen vorgesehen sein. Die Kühleinrichtung kann dabei insbesondere zwischen diesen Bauteilen und dem ersten Gehäusebauteil vorgesehen sein.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Gehäusebauteil zumindest eine Heizeinrichtung umfasst, beispielsweise um Kondensation eines Prozessgases in der Pumpe zu vermeiden. Die Heizeinrichtung braucht nur einen geringen Wärmeeintrag zu leisten, um die im pumpwirksamen Abschnitt gewünschte Temperatur bereitzustellen, da die Wärme nicht gleich von der Kühleinrichtung wieder abgeführt wird. Insgesamt wird also eine energetisch ineffiziente Situation vermieden, in der die Heizeinrichtung von der Kühleinrichtungen gekühlt wird und umgekehrt. Des Weiteren kann durch den erfindungsgemäß besonders geringen Wärmeübergang vom ersten zum zweiten Gehäusebauteil ein Aufheizen des ersten Gehäusebauteils im Wesentlichen unabhängig von einer Temperaturempfindlichkeit der Funktionseinheit durchgeführt werden, also beispielsweise das erste Gehäusebauteil schnell aufgeheizt werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Funktionseinheit eine Steuerung für die Vakuumpumpe. Die Steuerung kann beispielsweise eine Steuerungsplatine aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Funktionseinheit beispielsweise eine Schmiermittelpumpe umfassen.
Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Anordnung von Isoliereinrichtung und Kühleinrichtung auch für ein drittes Gehäusebauteil, insbesondere nach Art des zweiten Gehäusebauteils, vorgesehen sein. Die erfindungsgemäßen Vorteile können so für mehrere Funktionseinheiten, beispielsweise sowohl für eine Steuerung als auch für eine Schmiermittelpumpe, genutzt werden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Isoliereinrichtung zumindest im Wesentlichen über einen gesamten Zwischenraum zwischen Kühleinrichtung und erstem Gehäusebauteil erstreckt. Hierdurch werden das zweite Gehäusebauteil und die Funktionseinheit besonders wirksam von der Heizeinrichtung im ersten Gehäusebauteil abgeschirmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Isoliereinrichtung wenigstens ein Abstandsstück, durch welches ein Luftspalt zwischen der Kühleinrichtung und dem ersten Gehäusebauteil ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders einfache aber wirksame Isolierung zwischen dem ersten Gehäusebauteil und der Kühleinrichtung bewirkt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Abstandsstück zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet ist. Somit wird die Isolierungswirkung weiter verbessert.
Beispielsweise kann zur weiteren Verbesserung der Isolierung das Abstandsstück zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus PET, beispielsweise als biaxial orientierte Polyester-Folie (BO-PET), ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Abstandsstück als eine Folie ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,3 W/mK. Das Abstandsstück kann beispielsweise als Beilage oder Unterlegelement oder auch selbstklebend oder eingeklebt sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Abstandsstück ringförmig ausgebildet ist. Das Abstandsstück kann beispielsweise als Unterlegscheibe für eine Schraubenverbindung ausgebildet sein, die das erste Gehäusebauteil mit der Kühleinrichtung und/oder dem zweiten Gehäusebauteil verbindet. Hierdurch kann der Luftspalt mit einfachsten Mitteln erzeugt werden. Die Vakuumpumpe lässt sich hierdurch besonders kostengünstig herstellen, insbesondere da eine Unterlegscheibe beispielsweise als kostengünstiges Standardzukaufteil bezogen werden kann. Beispielsweise kann die Schraubenverbindung wenigstens eine M4-Schraube aufweisen, für die eine M4-Unterlegscheibe, insbesondere aus BO-PET, als Abstandstück vorgesehen ist.
Eine thermische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäusebauteil kann beispielsweise noch weiter verbessert werden, wenn für die Schraubenverbindung eine Hülse und/oder ein Gewindeeinsatz aus schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen ist, beispielsweise ein Plastikbolzen mit Spreizspitze.
Alternativ oder zusätzlich kann das Abstandsstück oder ein weiteres Abstandsstück um eine Rotorachse der Vakuumpumpe, insbesondere kreisförmig, umlaufend ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Abstandsstück als Vorsprung und/oder Steg am ersten Gehäusebauteil und/oder an der Kühleinrichtung ausgebildet. Auch dies stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, den Luftspalt zu erzeugen und somit eine besonders wirksame Isolierung zu schaffen. Grundsätzlich können auch verschiedenartige Abstandsstücke gemeinsam verwendet werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Abstandsstück und/oder der Luftspalt kleiner als 1 cm, insbesondere kleiner als 5 mm, insbesondere etwa oder kleiner als 3 mm, insbesondere etwa oder kleiner als 1 mm, sind, wobei der Begriff "kleiner" hier inklusive des angegebenen Wertes zu verstehen ist. Hierdurch wird nur ein minimaler Bauraum bei dennoch wirksamer Isolierung benötigt.
Die Kühleinrichtung kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform als Kühlplatte ausgebildet sein. Hierdurch kann das zweite Gehäusebauteil wirksam flächig gekühlt werden, was eine besonders gleichmäßige Kühlung und eine besonders geringe Gefahr der Kondensation im zweiten Gehäusebauteil ermöglicht, da lokale Kaltstellen, die ansonsten typisch kondensationsfördernd wirken, vorteilhaft vermieden werden.
Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass sich die Kühleinrichtung zumindest im Wesentlichen über eine gesamte dem ersten Gehäusebauteil zugewandte Seite des zweiten Gehäusebauteils erstreckt. Das zweite Gehäusebauteil kann hierdurch besonders wirksam von der Wärme im ersten Gehäusebauteil abgeschirmt werden.
Die Kühleinrichtung kann gemäß einem vorteilhaften Beispiel eine Flüssigkeitskühlung umfassen, wodurch die Wärme besonders effektiv abgeführt werden kann.
Die Kühleinrichtung kann insbesondere an einer Stirnseite des zweiten Gehäusebauteils angeordnet sein, insbesondere diese vollständig abdecken.
Gemäß einer Ausführungsform mit kompakter Bauweise definiert eine Rotationsachse eines Rotors der Vakuumpumpe eine axiale Richtung und das zweite Gehäusebauteil ist in axialer Richtung gegenüber einem Einlass der Vakuumpumpe angeordnet.
Auch kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Rotationsachse eines Rotors der Vakuumpumpe eine axiale Richtung definiert und die Isoliereinrichtung in axialer Richtung zwischen der Kühleinrichtung und dem ersten Gehäusebauteil angeordnet ist und/oder die Kühleinrichtung in axialer Richtung zwischen der Isoliereinrichtung und dem zweiten Gehäusebauteil angeordnet ist, beispielsweise um eine besonders kompakte Bauweise zu erreichen.
Ebenfalls kompakt lässt sich die Vakuumpumpe ausbilden, wenn eine Rotationsachse eines Rotors der Vakuumpumpe eine axiale Richtung definiert und das erste Gehäusebauteil, die Isoliereinrichtung, die Kühleinrichtung und das zweite Gehäusebauteil in axialer Richtung in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Vakuumpumpe,
Fig. 2: eine Rückansicht der der Vakuumpumpe der Fig. 1,
Fig. 3: eine Schnittansicht der Vakuumpumpe von Fig. 1 und 2,
Fig. 4: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,
Fig. 5: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Vakuumpumpe 10 umfasst ein Gehäuse 16 mit einem von einen Einlassflansch 12 umgebenen Pumpeneinlass 14, im Gehäuse 16 mehrere Pumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 14 anstehenden Gases zu einem am Unterteil 90 des Gehäuses vorgesehenen Pumpenauslass 74. Zwischen Unterteil 90 und Gehäuse 16 ist eine Dichtung 81 angeordnet. Die Vakuumpumpe 10 umfasst im Gehäuse 16 bzw. im Unterteil 90 einen Stator und einen Rotor mit einer um eine Rotationsachse 18 drehbar gelagerten Rotorwelle 20.
Die Vakuumpumpe 10 ist als Turbomolekularpumpe ausgebildet und umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren mit der Rotorwelle 20 verbundenen turbomolekularen Rotorscheiben 22 und mehreren in axialer Richtung zwischen den Rotorscheiben 22 angeordneten und in dem Gehäuse 16 festgelegten turbomolekularen Statorscheiben 24, die durch Distanzringe 26 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten sind. Das mittels der turbomolekularen Pumpstufen realisierte pumpaktive System baut sich daher im regelmäßigen Wechsel von Rotorscheiben 22 und Statorscheiben 24 auf. Dabei wurden nur einige der gezeigten Bestandteile der Lesbarkeit wegen mit Nummern kenntlich gemacht. Die Rotorscheiben 22 und Statorscheiben 24 stellen in einem Schöpfbereich 28 eine in Richtung des Pfeils 30 gerichtete axiale Pumpwirkung bereit.
Die Vakuumpumpe 10 kann optional nachgeordnet zu den turbomolekularen Pumpstufen eine oder mehrere, an sich bekannte Holweck-Pumpstufen aufweisen, die nicht dargestellt sind. Beispielsweise können drei in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen vorgesehen sein. Der rotorseitige Teil der Holweck-Pumpstufen kann dabei eine mit der Rotorwelle 20 verbundene Rotornabe und zwei an der Rotornabe befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen aufweisen, die koaxial zu der Rotorachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner können ein, zwei oder drei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen vorgesehen sein, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind jeweils durch die einander unter Ausbildung eines engen radialen Holweck-Spalts gegenüberliegenden, radialen Mantelflächen jeweils einer Holweck-Rotorhülse und einer Holweck-Statorhülse gebildet. Dabei ist jeweils eine der pumpaktiven Oberflächen glatt ausgebildet, insbesondere die der Holweck-Rotorhülse, und die gegenüberliegende pumpaktive Oberfläche, insbesondere der Holweck-Statorhülse, weist eine Strukturierung mit schraubenlinienförmig um die Rotationsachse 18 herum in axialer Richtung verlaufenden Nuten auf, in denen durch die Rotation des Rotors das Gas vorangetrieben und dadurch gepumpt wird. Bei der dargestellten Vakuumpumpe 10 sind die Holweck-Pumpstufen allerdings nicht vorgesehen.
Ein Abdichtungsbereich 34 wird durch eine speziell, in diesem Fall asymmetrisch ausgeformte Statorscheibe 24 gebildet, die die verbleibenden Zwischenräume zu den Rotorscheiben 22 minimal hält, um eine bessere Dichtigkeit gegen ungewollte Rückströmungen zwischen der ersten und zweiten Pumpstufe zu erzielen.
Ein Vorspann- und Dichtring 32 ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 16 und den turbomolekularen Pumpstufen, insbesondere zwischen zwei Distanzringen 26, angeordnet. Der Vorspann- und Dichtring 32 sorgt dafür, dass der toleranzbehaftete Stapel aus Distanzringen 26 sicher axial zwischen Gehäuse 16 und Unterteil 90 vorgespannt wird. Weiterhin dichtet er zusätzlich den Spalt zwischen dem Stapel von Distanzringen 26 und der Wandung des Gehäuses 16 gegen ungewollte Rückströmungen aus dem Vorvakuum-/Ausstoßbereich in den Hochvakuum-/Ansaugbereich ab.
Am Gehäuse 16 ist ein Flutgaseinlass 36 angeordnet, über den die Vakuumpumpe 10 mit Flutgas geflutet werden kann. Der Flutgaseinlass 36 liegt vorteilhaft pumpstromabwärts bzw. unterhalb des Vorspann- und Dichtrings 32. Der auf Höhe des Anschlusses liegende Distanzring 26 ist vorzugsweise auf seiner Mantelfläche über den gesamten Umfang mit einem Kanal bzw. einer Aussparung versehen, so dass sich das Flutgas zuerst im gesamten Ringkanal mit gutem Leitwert verteilt und dann über den Umfang möglichst gleichmäßig den Spalt bzw. die Ausnehmungen im Statorstapel mit geringerem Leitwert durchdringt und die gegen Fluten mechanisch stabileren Vorvakuum-nahen Pumpstufen erreicht.
Am Unterteil 90 sind ein Kühlmitteleinlass 38 und ein Kühlmittelauslass 40 angeordnet, zwischen denen eine von wenigstens einem Kühlmittelrohr 76 gebildete Kühlmittelleitung verläuft. Die Kühlmittelleitung verläuft in Windungen durch eine axial angeordnete Kühlplatte 89, die zwischen dem Unterteil 90 und einer Steuereinheit angeordnet ist, und eine radial angeordnete Kühlplatte 71, die zwischen dem Unterteil 90 und einer Schmiermittelpumpe 78 angeordnet ist, wobei die jeweiligen Abschnitte der Kühlmittelleitung in den Kühlplatten 71 und 89 über eine Kühlmittelverbindungsleitung 39 verbunden sind.
An den Kühlmitteleinlass 38 und den Kühlmittelauslass 40 kann eine Kühlmittelpumpe angeschlossen werden, mittels der Kühlflüssigkeit durch die Kühlmittelleitung gepumpt werden kann, um die Vakuumpumpe 10 zu kühlen.
Die Rohrenden des Kühlmittelrohrs 76 können beispielsweise als jeweiliger Rohrabschnitt in einem beliebigen Winkel aus der Kontur der Pumpe 10 herausstehen, um z.B. mit Schneid-Klemm-Verschraubungen oder speziellen Steckverbindern am Einlass 38 bzw. Auslass 40 angeschlossen zu werden.
Eine dichte Verbindung von Rohr 76 und Einlass 38 bzw. Auslass 40 kann auf verschiedene Arten hergestellt werden, z.B. durch Löten, Schweißen, Klemmen/Pressen/Dehnen oder mit separaten Dichtelementen, z.B., insbesondere schneidenden, Dichtringen oder -bändern oder auch mit speziellen Steckverbindern mit integriertem Dichtsystem.
Die drehbare Lagerung der Rotorwelle 20 wird durch ein Wälzlager 42 im Bereich des Pumpenauslasses 74 und ein Permanentmagnetlager 44 im Bereich des Pumpeneinlasses 14 bewirkt.
Das Permanentmagnetlager 44 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 46 und eine statorseitige Lagerhälfte 48, die jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinandergestapelten permanentmagnetischen Ringen 50, 52 umfassen, wobei die Magnetringe 50, 52 unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 54 einander gegenüberliegen.
Innerhalb des Permanentmagnetlagers 44 ist ein Not- oder Fanglager 56 vorgesehen, das als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist und im normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung still steht und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors gegenüber dem Stator in Eingriff und Drehung gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert. Das Not- oder Fanglager 56 wird über einen Einsatz separat gefasst und kann daher unabhängig vom Permanentmagnetlager 44 gewechselt werden.
Das Wälzlager 42 wird durch einen Ringhalter gefasst, der seinerseits durch elastomere Elemente sowohl axial als auch radial entkoppelt in einer Wälzlagerhalterung bzw. Wälzlageraufhängung 84 aufgenommen wird, die am Unterteil 90 sicher fixiert ist. Mechanische Anschläge begrenzen die möglichen Relativbewegungen zwischen Ringhalter und Wälzlageraufhängung 84.
Im Bereich des Wälzlagers 42 ist an der Rotorwelle 20 eine konische Spritzschraube 58 mit einem zu dem Wälzlager 42 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen, die mittels eines Schmiermittelkanals 60 zugeführtes Betriebsmittel, insbesondere Schmiermittel, aufnehmen und dem Wälzlager zuführen kann. Die Spritzschraube 58 kann bevorzugt gemäß EP 2 740 956 A2 ausgestaltet sein.
Das Betriebsmittel wird von der Schmiermittelpumpe 78 umgewälzt. Die Schmiermittelpumpe 78 ist bevorzugt gemäß EP 2 060 794 A2 aufgebaut. Sie kann dabei insbesondere einen Schmiermittelvorlaufkanal versorgen, der zumindest in einem Segment gemäß EP 2 801 725 A2 als O-Ring gedichteter Rundkanal aufgebaut ist.
Durch die Schmiermittelpumpe 78 lässt sich eine aktive, geregelte Betriebsmittelversorgung realisieren.
Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Antriebsmotor 62 zum drehenden Antreiben des Rotors, dessen Läufer durch die Rotorwelle 20 gebildet ist. Die Steuereinheit 64 steuert den Antriebsmotor 62 an. Über einen elektrischen Anschluss 66 können die Vakuumpumpe 10 und insbesondere die Steuereinheit 64 sowie der Antriebsmotor 62 mit elektrischem Strom versorgt werden. Die Steuereinheit 64 bildet den unteren Bereich des Gehäuses und wird durch den Deckel 80 verschlossen. Die Steuereinheit 64 mit dem Deckel 80 und die Kühlplatte 80 verschließen das Unterteil 90. Je nach Ausführung können zwischen Steuereinheit 64, Deckel 80, Kühlplatte 89 und/oder Unterteil 90 eine oder mehrere Dichtungen 77 umlaufend eingelegt oder mit anderen Dichtmitteln, etwa Flüssigdichtmitteln, Klebstoffen oder insbesondere applizierbaren Formdichtungen die entsprechenden Übergänge verschlossen werden, um Sicherheit gegen das Eindringen von Medien und/oder Verunreinigungen zu erlangen. Mittels wenigstens einer elektrischen Durchführung 86 kann der Strom durch den Deckel 80 hindurch in das Gehäuse 16 bzw. das Unterteil 90 geführt und insbesondere dem Antriebsmotor 62 zugeführt werden.
Die Vakuumdurchführung 86 kann gemäß EP 1 843 043 A2 ausgestaltet sein, wobei bei dem hier beschriebenen Beispiel eine Platine mit mehreren Dichtringen getrennt verschiedene Spannungspotentiale und Signale voneinander separat aus dem Pumpeninneren, also aus dem Vakuumbereich, nach außen, also zur "Atmosphäre" und insbesondere zur Steuereinheit 64 führt.
Je nach Anwendungsfall kann sowohl seitens der Steuereinheit 64 oder auch seitens des Antriebsmotors 62 oder seitens der pumpaktiven Bestandteile über das Gehäuse 16 hauptsächlich unerwünscht Wärme in die Pumpe eingebracht werden. Das Kühlmittel, etwa Wasser, fließt vorteilhaft vom Einlass 38 zum Auslass 40, wenn beispielsweise die Schmiermittelpumpe 78 am kühlsten gehalten werden soll. Alternativ kann das Kühlmittel auch von Auslass 40, der dann den Einlass bildet, zu dem Einlass 38, der dann den Auslass bildet, fließen, wenn beispielsweise die Steuereinheit 64 stärkerer Kühlung bedarf.
Für einen pumpwirksamen Abschnitt, der hier durch die Rotor- und Statorscheiben 22 bzw. 24 gebildet ist, ist eine als Heizmanschette 73 ausgebildete Heizeinrichtung vorgesehen. Mittels dieser kann beispielsweise eine Kondensation von Prozessgas in der Pumpe vermieden werden. Für die Heizmanschette ist eine Heizungssteuerungseinheit 87 vorgesehen, die hier seitlich an der Pumpe 10 angebracht ist. Die Heizungssteuerungseinheit 87 ist vorteilhaft an einer Kühlplatte 89 angebracht, um eine bestmögliche Kühlung von in der Heizungssteuerungseinheit 87 enthaltenen elektrischen oder elektronischen Leistungsbaugruppen zu ermöglichen. Je nach Ausführung kann diese Verbindung direkt oder durch wärmeleitende Adapterelemente ausgeführt sein.
Um einen Wärmeübergang von der Heizmanschette 73 zu einem unteren Bereich der Vakuumpumpe zu minimieren ist ein Isolationsquerschnitt 75 im Unterteil 90 vorgesehen, der durch einen Einstich im Unterteil 90 gebildet ist. Dieser bewirkt durch seine geringe Querschnittsfläche einen reduzierten Wärmeübergang, bildet also eine Isolierung.
An der radialen Außenseite des Unterteils 90 kann eine Verkleidung 88, insbesondere zum Abdecken des Isolationsquerschnitts 75, angeordnet sein. Die Verkleidung 88 kann beispielsweise mantelförmig als längs zur Rotationsachse 18 der Pumpe 10 geschlitzte Blechhülse ausgeführt sein. Die Verkleidung 88 kann ein oder mehrere Sichtfenster bzw. Ausschnitte aufweisen, um beliebige Anschlüsse des Unterteils 90, z.B. einen Sperrgaseinlass 68, nach außen durchzuführen oder um den Blick auf die Typendaten, z.B. Typschild oder Gravur, der Pumpe 10 freizugeben, welche insbesondere unlösbar am Unterteil 90 angebracht sind.
Es ist ein Sperrgaseinlass 68 vorgesehen, der in Fig. 1 für einen Anwendungsfall ohne Sperrgaszuführung mit einem Sechskantstopfen verschlossen ist. Der Sperrgaseinlass 68 wird auch als Spülgasanschluss bezeichnet. Über den Sperrgaseinlass 68 kann Spülgas zum Schutz des Motors 62 in den Motorraum, in welchem der Motor 62 untergebracht ist, eingebracht werden. Das über den Sperrgaseinlass 68 im Bereich des Motors eingelassene Gas schützt die im Unterteil 90 befindlichen Bestandteile vor korrosiven und/oder sich ablagernden Medien, die je nach Anwendungsfall im Pumpsystem anfallen können. Zwischen einem Motorträger 82 und Unterteil 90 wird eine Dichtung 83 angeordnet, so dass eine Labyrinthdichtung 72 als einziger verbliebener Durchlass einerseits mit ihrem geringen Leitwert eine Sperre gegen einströmende Medien in den Motor- und Wälzlagerbereich darstellt und weiterhin eine erhöhte Sättigung des Wälzlager- und Motorbereichs mit Sperr-/Inertgas sichert.
Zwischen einem den Motorraum nach oben hin begrenzenden Motorträger 82 und der unteren Rotorscheibe 22 ist die Labyrinthdichtung 72 vorgesehen. Der elektrische Antriebsmotor 62 ist vorteilhaft durch eine Vergussmasse gegen Korrosion geschützt. Bei der dargestellten Ausführung wird der Motorträger 82 integral mit dem Antriebsmotor gemeinsam vergossen, so dass die gesamte Einheit inklusive der mit dem Motorträger einteilig ausgeführten Statorseite der Labyrinthdichtung 72 in einem Schritt mit dem Unterteil 90 optimal ausgerichtet bzw. zentriert verbunden werden kann.
Radial außerhalb der Labyrinthdichtung 72 und unterhalb der turbomolekularen Pumpstufen befindet sich der Vorvakuumbereich, in welchen insbesondere eine ringförmig um die Rotationsachse 18 umlaufende Kammer 70 ausgebildet ist, die, wie in Fig. 3 gesehen werden kann, einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Diese Querschnittsform ist allerdings nur als Beispiel zu sehen, so dass auch eine andere Querschnittsform, z.B. ein quadratischer oder kreisförmiger Querschnitt, realisiert sein kann. Die Kammer 70 kann auch an einer anderen Stelle im Gehäuse 16 bzw. im Unterteil 90 untergebracht sein. Vorzugsweise liegt die Kammer 70 dort, wo die meisten Ablagerungen anfallen, also typischerweise im Vorvakuumbereich. Besonders bevorzugt liegt die Kammer 70 somit zwischen der letzten Pumpstufe und dem Pumpenauslass 74.
Bei der dargestellten Variante mündet die Kammer 70 in den Pumpenauslass 74. Die Kammer 70 bildet daher einen Ausstoßbereich für das durch die Vakuumpumpe 10 vom Einlass 14 her geförderte Gas, welches über den Pumpenauslass 74 in eine daran angeschlossene Vorvakuumpumpe (nicht gezeigt) gelangen kann. Die Vorvakuumpumpe kann das Gas dann weiter, zum Beispiel in eine Leitung für Abgas, die unter Normaldruck steht, fördern.
Die vorstehend beschriebene Vakuumpumpe 10 der Fig. 1 bis 3 weist keine erfindungsgemäß angeordnete Isoliereinrichtung auf. Sie lässt sich jedoch vorteilhaft erfindungsgemäß weiterbilden, beispielsweise so wie es schematisch in den Fig. 4 und 5 angedeutet ist. Umgekehrt lassen sich die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft durch einzelne oder mehrere Merkmale der Vakuumpumpe der Fig. 1 bis 3 weiterbilden.
In Fig. 4 ist eine als Turbomolekularpumpe ausgebildete Vakuumpumpe 10 gezeigt, die ein erstes Gehäusebauteil 92 und ein zweites Gehäusebauteil 94 umfasst. Das erste Gehäusebauteil 92 umfasst einen pumpwirksamen Abschnitt der Vakuumpumpe 10, während das zweite Gehäusebauteil 94 eine Steuerung für die Vakuumpumpe 10 umfasst. Das erste Gehäusebauteil 92 kann beispielsweise ein Gehäuse 16 und/oder ein Unterteil 90 gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 umfassen.
An dem ersten Gehäusebauteil 92 ist eine als Heizmanschette 73 ausgebildete Heizeinrichtung vorgesehen. Für die Heizmanschette 73 ist eine Heizungssteuerungseinheit 87 vorgesehen, die seitlich an der Vakuumpumpe 10, hier an der Kühlplatte 89, angebracht ist
Die als Kühlplatte 89 ausgebildete Kühleinrichtung für die Steuerung in dem zweiten Gehäusebauteil 94 ist zwischen dem zweiten Gehäusebauteil 94 und dem ersten Gehäusebauteil 92 angeordnet, und erstreckt sich in Bezug auf eine Rotorachse über einen gesamten radialen Zwischenraum zwischen dem zweiten und dem ersten Gehäusebauteil 94 bzw. 92.
Zwischen der Kühlplatte 89 und dem ersten Gehäusebauteil 92 ist eine Isoliereinrichtung vorgesehen, die einen Luftspalt 98 umfasst, der durch Abstandsstücke 96 gebildet ist. Die Abstandsstücke 96 sind als Unterlegscheiben für nicht dargestellte Schrauben ausgebildet, die das zweite Gehäusebauteil 94 an dem ersten Gehäusebauteil 92 befestigen. In dem Luftspalt 98 ist außerdem ein Dichtungsring 100, beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen, der ein inneres des ersten Gehäusebauteils 92 und/oder des zweiten Gehäusebauteils 94 zum Beispiel vor eindringendem Wasser und/oder Partikeln, insbesondere gemäß IP54, schützen kann.
Das erste Gehäusebauteil 92, der Luftspalt 98, die Kühlplatte 89 und das zweite Gehäusebauteil 94 sind in axialer Richtung, welche durch eine Rotorachse definiert wird, aufeinanderfolgend angeordnet.
Die Größe der Abstandsstücke ist so gewählt, dass der Dichtungsring 100 zwischen der Kühlplatte 89 und dem ersten Gehäusebauteil 92 die Abdichtung, insbesondere einer Platine, zuverlässig bewirkt. Dabei entspricht die Konstruktion für den Dichtungsring 100 insbesondere derjenigen einer bekannten Vakuumpumpe. Die Erfindung lässt sich also einfach in eine bestehende Pumpenkonstruktion integrieren.
Die in Fig. 5 gezeigte Vakuumpumpe 10 umfasst ebenfalls ein erstes Gehäusebauteil 92 für einen pumpwirksamen Abschnitt, eine als Luftspalt 98 ausgebildete Isoliereinrichtung, eine Kühlplatte 89 und ein zweites Gehäusebauteil 94 für eine Steuerung. Auch ist eine Heizmanschette 73 mit einer dazugehörigen Heizungssteuerungseinheit 87 vorgesehen.
Der Luftspalt 98 wird bei der Ausführungsform der Fig. 5 jedoch durch eine Mehrzahl von als Vorsprünge 102 ausgebildeten Abstandsstücken gebildet. Diese sind in der gezeigten Ausführungsform um die Rotorachse umlaufend ausgebildet, können jedoch beispielsweise auch unterbrochen und/oder lediglich punktuell vorgesehen sein. Ein Dichtungsring 100 ist hier innen- und außenseitig jeweils von einem solchen Vorsprung 102 eingefasst. Alternativ können die dortigen Vorsprünge auch kürzer als die übrigen Vorsprünge 102 ausgebildet sein, um die Dichtung durch den Dichtungsring 100 zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich können ähnliche Vorsprünge beispielsweise auch an der Kühlplatte 89 vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

10: Vakuumpumpe
12: Einlassflansch
14: Pumpeneinlass
16: Gehäuse
18: Rotationsachse
20: Rotorwelle
22: Rotorscheibe
24: Statorscheibe
26: Distanzring
28: Schöpfbereich
30: Pfeil
32: Vorspann- und Dichtring
34: Abdichtungsbereich
36: Flutgaseinlass
38: Kühlmitteleinlass
39: Kühlmittelverbindungsleitung
40: Kühlmittelauslass
42: Wälzlager
44: Permanentmagnetlager
46: rotorseitige Lagerhälfte
48: statorseitige Lagerhälfte
50: permanentmagnetischer Ring
52: permanentmagnetischer Ring
54: radialer Lagerspalt
56: Not- oder Fanglager
58: konische Spritzschraube
60: Schmiermittelkanal
62: Antriebsmotor
64: Steuereinheit
66: Elektrischer Anschluss
68: Sperrgaseinlass
70: Ausstossbereich, Kammer
71: Kühlplatte
72: Labyrinthdichtung
73: Heizmanschette
74: Pumpenauslass
75: Isolationsquerschnitt
76: Kühlmittelrohr
77: Dichtung
78: Schmiermittelpumpe
80: Deckel
81: Dichtung
82: Motorträger
83: Dichtung
84: Wälzlageraufhängung
86: Elektrische Durchführung
87: Heizungssteuerungseinheit
88: Verkleidung
89: Kühlplatte
90: Unterteil
92: erstes Gehäusebauteil
94: zweites Gehäusebauteil
96: Abstandsstück
98: Luftspalt
100: Dichtungsring
102: Vorsprung

Claims

Vakuumpumpe (10), insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe, mit einem ersten Gehäusebauteil (92), in dem ein pumpwirksamer Abschnitt der Vakuumpumpe (10) und/oder ein Antrieb für einen pumpwirksamen Abschnitt der Vakuumpumpe (10) angeordnet ist,
einem zweiten Gehäusebauteil (94), welches von dem ersten Gehäusebauteil separat ausgeführt ist und in dem eine Funktionseinheit für die Vakuumpumpe (10) vorgesehen ist und
einer an dem zweiten Gehäusebauteil (94) vorgesehenen Kühleinrichtung (89) für die Funktionseinheit,
wobei eine Isoliereinrichtung (96, 98, 102) zwischen der Kühleinrichtung (89) und dem ersten Gehäusebauteil (92) vorgesehen ist, und
wobei die Kühleinrichtung (89) zwischen der Isoliereinrichtung (98) und dem zweiten Gehäusebauteil (92) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäusebauteil (92) zumindest eine Heizeinrichtung (73) umfasst.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Funktionseinheit eine Steuerung für die Vakuumpumpe (10) umfasst.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Isoliereinrichtung (96, 98, 102) zumindest im Wesentlichen über einen gesamten Zwischenraum zwischen Kühleinrichtung (89) und erstem Gehäusebauteil (92) erstreckt.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isoliereinrichtung wenigstens ein Abstandsstück (96, 102) umfasst, durch welches ein Luftspalt (98) zwischen der Kühleinrichtung (89) und dem ersten Gehäusebauteil (92) ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück (96) zumindest teilweise aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück (96) zumindest teilweise aus PET ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück (96, 102) ringförmig ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück (96) als Unterlegscheibe für eine Schraubenverbindung ausgebildet ist, die das erste Gehäusebauteil (92) mit der Kühleinrichtung (89) und/oder dem zweiten Gehäusebauteil (94) verbindet.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück als Vorsprung (102) am ersten Gehäusebauteil (92) und/oder an der Kühleinrichtung (89) ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abstandsstück (96, 102) und/oder der Luftspalt (98) kleiner als 1 cm sind.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung als Kühlplatte (89) ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Kühleinrichtung (89) zumindest im Wesentlichen über eine gesamte dem ersten Gehäusebauteil (92) zugewandte Seite des zweiten Gehäusebauteils (94) erstreckt.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung (89) eine Flüssigkeitskühlung umfasst.
Vakuumpumpe (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Rotationsachse eines Rotors der Vakuumpumpe (10) eine axiale Richtung definiert und das erste Gehäusebauteil (92), die Isoliereinrichtung (96, 98, 102), die Kühleinrichtung (89) und das zweite Gehäusebauteil (94) in axialer Richtung in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.