EP3462034A1 - Vakuumpumpe - Google Patents
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- F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular vacuum pump, having a first housing component, in which a pump-effective section of the vacuum pump and / or a drive for a pump-effective section of the vacuum pump is arranged, a second housing component, which is designed separately from the first housing component and in in which a functional unit for the vacuum pump is provided and a cooling device for the functional unit provided on the second housing component.
- a heat generation or generation takes place during operation of the pump in the first housing component, wherein this heat is undesirable in the region of the functional unit or in the second housing component.
- Particularly high heat in the first housing component is generated for example in a known vacuum pump, heated in the various areas of a vacuum pump and other areas are cooled.
- the pump-effective section can be heated in order to avoid condensation of a process gas and / or to remove deposits in the pump.
- a cooling device can be provided, for example, to ensure a reliable temperature for temperature-sensitive components, such as electronic circuits, so that they are not thermally overloaded.
- An exemplary, in particular large, turbomolecular vacuum pump is heated by a heating jacket, in particular maximum, 75 ° C.
- a heating jacket in particular maximum, 75 ° C.
- An electronics However, the pump must be cooled, so that certain components are not thermally overloaded.
- the heat generated or generated in the first housing component is dissipated again by the cooling device. Nevertheless, a heat transfer from the first housing component, in particular the heating device, to the temperature-sensitive components, for example in the functional unit, must be minimized so that they do not overheat.
- a vacuum pump with the features of claim 1, and in particular in that an insulating device is provided between the cooling device and the first housing component, wherein the cooling device is arranged between the insulating device and the second housing component.
- the insulation device effectively reduces heat transfer from the first housing component to the cooling device.
- the heat emitted by a heat source eg a drive of the pump or a heater
- the cooling device is shielded by the cooling device, whereby also the functional unit is effectively shielded from the heat source by both the isolating device and the cooling device.
- the cooling device can thus be dimensioned particularly small because it only has to dissipate an extremely small amount of heat from the heat source. Instead, the cooling device only needs to be dimensioned for the heat to be dissipated in the functional unit.
- condensation in particular of water vapor present in the ambient air, in the second housing component at the cooling device is reduced or avoided.
- the functional unit can be effectively protected against liquid entry and there are no additional measures to prevent condensation or removal of condensate necessary.
- a coolant valve was provided for this purpose, in order to switch off the cooling device when it falls below certain temperature thresholds and thus to prevent condensation.
- an additional heater for the second housing component was provided. Above all, this additional heating is energy technically disadvantageous because the cooling device is heated by the heater and vice versa. According to the invention, such, in particular cost-intensive, aids for preventing condensation are no longer necessary.
- the vacuum pump according to the invention can be particularly easy to assemble. For example, all the connections of the vacuum pump can point in one direction.
- the functional unit electronic components are significantly better cooled, which increases their life. In addition, thus space and access for other accessories can be achieved.
- the cooling device and in particular also an optional additional heating device in the first housing component, for example, be operated substantially stationary and / or permanently, which in particular protects all components involved.
- temperature-sensitive components such as electronic circuits
- the cooling device can be provided in particular between these components and the first housing component.
- the first housing component comprises at least one heating device, for example in order to avoid condensation of a process gas in the pump.
- the heater only needs to provide a small amount of heat input in order to provide the desired temperature in the pump-effective section, since the heat is not removed immediately from the cooling device. Overall, therefore, an energy-inefficient situation is avoided, in which the heating device is cooled by the cooling devices and vice versa.
- heating of the first housing component essentially independently of a temperature sensitivity of the functional unit can be carried out by the invention according to particularly low heat transfer from the first to the second housing component, so for example, the first housing member are heated quickly.
- the functional unit includes a controller for the vacuum pump.
- the controller may include, for example, a control board.
- the functional unit may comprise, for example, a lubricant pump.
- an inventive arrangement of insulating device and cooling device can also be provided for a third housing component, in particular in the manner of the second housing component.
- the advantages of the invention can be used for several functional units, for example, both for a controller and for a lubricant pump.
- the insulating device extends at least substantially over an entire interspace between the cooling device and the first housing component.
- the second housing component and the functional unit are particularly effectively shielded from the heater in the first housing component.
- the insulating device comprises at least one spacer, through which an air gap is formed between the cooling device and the first housing component.
- the spacer is at least partially, in particular completely, formed from a poorly heat-conductive material.
- the insulating effect is further improved.
- the spacer may be at least partially, in particular completely, made of PET, for example as a biaxially oriented polyester film (BO-PET).
- the spacer may be formed as a foil, for example with a thermal conductivity of about 0.3 W / mK.
- the spacer can be, for example, as a supplement or shim or even self-adhesive or glued.
- the spacer is annular.
- the spacer can be designed, for example, as a washer for a screw connection, which connects the first housing component with the cooling device and / or the second housing component.
- This can the air gap can be generated with the simplest means.
- the vacuum pump can be produced in a particularly cost-effective manner, in particular since a washer can be obtained, for example, as a cost-effective standard purchased part.
- the screw connection may have at least one M4 screw, for which an M4 washer, in particular made of BO-PET, is provided as a spacer.
- a thermal insulation between the first and the second housing component can be further improved if a sleeve and / or a threaded insert made of poorly heat-conductive material is provided for the screw connection, for example a plastic bolt with spreader tip.
- the spacer or a further spacer may be formed around a rotor axis of the vacuum pump, in particular circular, circumferentially.
- the spacer is formed as a projection and / or web on the first housing component and / or on the cooling device. This also represents a particularly simple way to generate the air gap and thus to provide a particularly effective insulation. In principle, various spacers can be used together.
- the spacer and / or the air gap are less than 1 cm, in particular less than 5 mm, in particular approximately or less than 3 mm, in particular approximately or less than 1 mm, the term "smaller "including the specified value. As a result, only a minimal space is still required for effective insulation.
- the cooling device can be designed as a cooling plate according to an advantageous embodiment. This allows the second housing component effectively flat be cooled, which allows a particularly uniform cooling and a particularly low risk of condensation in the second housing component, since local cold spots, which otherwise act typically promoting condensation, are advantageously avoided.
- the cooling device extends at least substantially over an entire side of the second housing component facing the first housing component.
- the second housing component can be shielded particularly effectively from the heat in the first housing component.
- the cooling device may comprise, according to an advantageous example, a liquid cooling, whereby the heat can be removed particularly effectively.
- the cooling device can in particular be arranged on an end face of the second housing component, in particular completely cover it.
- a rotational axis of a rotor of the vacuum pump defines an axial direction and the second housing component is disposed in the axial direction opposite to an inlet of the vacuum pump.
- an axis of rotation of a rotor of the vacuum pump defines an axial direction and the insulating device is arranged in the axial direction between the cooling device and the first housing component and / or the cooling device is arranged in the axial direction between the insulating device and the second housing component, For example, to achieve a particularly compact design.
- the vacuum pump can also be made compact if a rotational axis of a rotor of the vacuum pump defines an axial direction and the first housing component, the insulating device, the cooling device and the second housing component are arranged in the axial direction in the order named.
- Vacuum pump 10 shown comprises a housing 16 with a pump inlet 14 surrounded by an inlet flange 12, in the housing 16 a plurality of pumping stages for conveying the pending at the pump inlet 14 gas to a provided at the lower part 90 of the housing pump outlet 74. Between the lower part 90 and the housing 16 is a Seal 81 arranged.
- the vacuum pump 10 comprises in the housing 16 or in the lower part 90 a stator and a rotor with a rotor shaft 20 rotatably mounted about a rotation axis 18.
- the vacuum pump 10 is designed as a turbomolecular pump and comprises a plurality of pump-effectively connected in series with each other in turbomolecular pumping stages with a plurality of turbomolecular rotor disks 22 connected to the rotor shaft 20 and a plurality of turbomolecular stator disks 24 arranged in the axial direction between the rotor disks 22 and fixed in the housing 16, which are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 26.
- the pump-active system realized by means of the turbomolecular pumping stages therefore builds up in regular alternation of rotor disks 22 and stator disks 24. Only a few of the components shown were marked with numbers for readability.
- the rotor disks 22 and stator disks 24 provide in a scooping region 28 an axial pumping action directed in the direction of the arrow 30.
- the vacuum pump 10 may optionally have subordinate to the turbomolecular pumping stages one or more, known per se Holweck pumping stages, which are not shown.
- three Holweck pumping stages which are arranged one inside the other in the radial direction and pump-connected with one another in series, may be provided.
- the rotor-side part of the Holweck pumping stages may have a rotor hub connected to the rotor shaft 20 and two cylinder shell-shaped Holweck rotor sleeves fastened to the rotor hub and supported by the latter, which are oriented coaxially to the rotor axis 18 and are nested one inside the other in the radial direction.
- Holweck stator sleeves can be provided, which are also oriented coaxially with the axis of rotation 18 and are nested in the radial direction.
- the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are each formed by the radial lateral surfaces of a Holweck rotor sleeve and a Holweck stator sleeve opposite one another, forming a narrow radial Holweck gap.
- one of the pump-active surfaces is smooth, in particular that of the Holweck rotor sleeve, and the opposite pump-active surface, in particular the Holweck stator, has a structuring with helically around the rotation axis 18 in the axial direction extending grooves in which through the Rotation of the rotor the gas is propelled and thereby pumped.
- the Holweck pump stages are not provided.
- a sealing region 34 is formed by a specially, in this case asymmetrically shaped, stator disk 24 which minimizes the remaining gaps to the rotor disks 22 to provide better sealing against unwanted backflow between the first and second pumping stages.
- a biasing and sealing ring 32 is disposed between the inner wall of the housing 16 and the turbomolecular pumping stages, in particular between two spacer rings 26.
- the biasing and sealing ring 32 ensures that the tolerance-laden stack of spacer rings 26 is securely biased axially between the housing 16 and lower part 90. Furthermore, it additionally seals the gap between the stack of spacer rings 26 and the wall of the housing 16 against unwanted backflow from the pre-vacuum / ejection area into the high-vacuum / suction area.
- a flood gas inlet 36 is arranged, via which the vacuum pump 10 can be flooded with flooding gas.
- the tide gas inlet 36 is advantageously pump downstream or below the biasing and sealing ring 32.
- the lying at the height of the connection spacer ring 26 is preferably provided on its lateral surface over the entire circumference with a channel or a recess, so that the tidal gas first throughout Distributed annular channel with good conductance and then as uniformly as possible penetrates the gap or the recesses in the stator stack with a lower conductance over the circumference and reaches the mechanically more stable upstream prevacuum pump stages against flooding.
- a coolant inlet 38 and a coolant outlet 40 are arranged, between which runs a coolant line formed by at least one coolant tube 76.
- the coolant line runs in turns by a axially disposed cooling plate 89 disposed between the base 90 and a control unit, and a radially disposed cooling plate 71 disposed between the base 90 and a lubricant pump 78, the respective portions of the coolant line in the cooling plates 71 and 89 via a coolant connection line 39 are connected.
- a coolant pump can be connected, by means of which cooling liquid can be pumped through the coolant line in order to cool the vacuum pump 10.
- the pipe ends of the coolant pipe 76 may protrude out of the contour of the pump 10 at any angle, as a respective pipe section, at any angle, e.g. to be connected with insulation displacement fittings or special connectors at the inlet 38 or outlet 40.
- a sealed connection of tube 76 and inlet 38 or outlet 40 can be made in various ways, e.g. by soldering, welding, clamping / pressing / stretching or with separate sealing elements, for example, in particular cutting, sealing rings or bands or with special connectors with integrated sealing system.
- the rotatable mounting of the rotor shaft 20 is effected by a rolling bearing 42 in the region of the pump outlet 74 and a permanent magnet bearing 44 in the region of the pump inlet 14.
- the permanent magnet bearing 44 comprises a rotor-side bearing half 46 and a stator bearing half 48, each comprising a ring stack of a plurality of stacked in the axial direction of permanent magnetic rings 50, 52, wherein the magnetic rings 50, 52 facing each other with formation of a radial bearing gap 54.
- an emergency or fishing camp 56 is provided, which is designed as an unlubricated roller bearing and stands still during normal operation of the vacuum pump without contact and only with an excessive radial deflection of the rotor relative to the stator engages and rotation to a radial Form stop for the rotor, which prevents a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures.
- the emergency or safety bearing 56 is taken separately via an insert and can therefore be changed independently of the permanent magnet bearing 44.
- the rolling bearing 42 is gripped by a ring holder, which in turn is axially and radially decoupled by elastomeric elements in a rolling bearing support or rolling bearing mount 84 is received, which is securely fixed to the lower part 90.
- Mechanical stops limit the possible relative movements between the ring holder and the roller bearing suspension 84.
- a conical spray screw 58 with an outer diameter which increases towards the rolling bearing 42 is provided on the rotor shaft 20, which can receive operating means, in particular lubricants, supplied by means of a lubricant channel 60 and feed it to the rolling bearing.
- the propeller screw 58 may preferably according to EP 2 740 956 A2 be designed.
- the resource is circulated by the lubricant pump 78.
- the lubricant pump 78 is preferably according to EP 2 060 794 A2 built up. In particular, it can supply a lubricant supply channel which, at least in a segment according to EP 2 801 725 A2 constructed as an O-ring sealed round channel.
- the vacuum pump 10 includes a drive motor 62 for rotatably driving the rotor whose rotor is formed by the rotor shaft 20.
- the control unit 64 controls the drive motor 62. Via an electrical connection 66, the vacuum pump 10 and in particular the control unit 64 and the drive motor 62 can be supplied with electric current.
- the control unit 64 forms the lower portion of the housing and is closed by the lid 80.
- one or more seals 77 may be inserted peripherally between control unit 64, cover 80, cooling plate 89 and / or lower part 90 or with other sealing means, such as liquid sealants, adhesives or in particular applicable mold seals the corresponding transitions are closed in order to obtain security against the ingress of media and / or impurities.
- the current can be conducted through the cover 80 into the housing 16 or the lower part 90 and, in particular, fed to the drive motor 62.
- the vacuum feedthrough 86 can according to EP 1 843 043 A2 be configured, in the example described here, a board with multiple sealing rings separately different voltage potentials and signals from each other separately from the pump interior, ie from the vacuum area, outwards, so the "atmosphere" and in particular to the control unit 64 leads.
- both the control unit 64 or on the part of the drive motor 62 or on the part of the pump-active components on the housing 16 mainly undesirable heat into the pump can be introduced.
- the coolant such as water, advantageously flows from the inlet 38 to the outlet 40 when, for example, the lubricant pump 78 is to be kept coolest.
- the coolant may also be from outlet 40, which is then the inlet forms, to the inlet 38, which then forms the outlet, flow, for example, when the control unit 64 requires more cooling.
- a heater 73 designed as a heating device is provided for a pump-effective section, which is formed here by the rotor and stator disks 22 and 24, a heater 73 designed as a heating device is provided. By means of this, for example, condensation of process gas in the pump can be avoided.
- a heating control unit 87 is provided, which is attached here laterally to the pump 10.
- the heater control unit 87 is advantageously mounted on a cooling plate 89 to allow for the best possible cooling of electrical or electronic power assemblies included in the heater control unit 87. Depending on the design, this connection can be made directly or by thermally conductive adapter elements.
- an insulating cross-section 75 is provided in the lower part 90, which is formed by a puncture in the lower part 90. This causes due to its small cross-sectional area a reduced heat transfer, thus forming an insulation.
- a covering 88 in particular for covering the insulation cross section 75, can be arranged on the radial outer side of the lower part 90.
- the cladding 88 may, for example, be designed in the form of a jacket as a sheet metal sleeve slotted along the axis of rotation 18 of the pump 10.
- the cover 88 may have one or more viewing windows or cut-outs to perform any connections of the lower part 90, such as a sealing gas inlet 68 to the outside or to share the view of the type data, such as nameplate or engraving, the pump 10, which in particular unsolvable on Lower part 90 are attached.
- a barrier gas inlet 68 which is in Fig. 1 is sealed with a hexagon stopper for a use without sealing gas supply.
- the barrier gas inlet 68 is also referred to as flushing gas connection.
- Purge gas may be introduced via the purge gas inlet 68 to protect the engine 62 in the engine compartment in which the engine 62 is housed.
- the gas introduced via the blocking gas inlet 68 in the region of the engine protects the components located in the lower part 90 from corrosive and / or self-depositing media, which can occur in the pumping system depending on the application.
- a seal 83 is arranged, so that a labyrinth seal 72 as the only remaining passage on the one hand with their low conductance is a barrier against incoming media in the engine and roller bearing area and continue to increase saturation of Wälzlager- and engine area with Locking / inert gas ensures.
- the labyrinth seal 72 is provided between an engine compartment 82 which delimits the engine compartment at the top and the lower rotor disk 22.
- the electric drive motor 62 is advantageously protected by a potting compound against corrosion.
- the motor support 82 is integrally molded integrally with the drive motor, so that the entire unit including the integrally formed with the motor mount stator side of the labyrinth seal 72 can be optimally aligned or centered in one step with the lower part 90.
- the fore-vacuum region Radially outside the labyrinth seal 72 and below the turbomolecular pumping stages is the fore-vacuum region, in which, in particular, a chamber 70, which runs around the rotational axis 18 in a ring-shaped fashion, which, as in FIG Fig. 3 can be seen, has a substantially rectangular cross section.
- this cross-sectional shape is only to be regarded as an example, so that a different cross-sectional shape, for example a square or circular cross-section, can also be realized.
- the chamber 70 may also be at another Place in the housing 16 and housed in the lower part 90.
- the chamber 70 is where most of the deposits occur, typically in the fore-vacuum region.
- the chamber 70 is thus located between the last pumping stage and the pump outlet 74.
- the chamber 70 opens into the pump outlet 74.
- the chamber 70 therefore forms an ejection area for the gas pumped by the vacuum pump 10 from the inlet 14, which can pass via the pump outlet 74 into a backing pump (not shown) connected thereto.
- the fore-vacuum pump can then further convey the gas, for example into a line for exhaust gas which is under normal pressure.
- the above-described vacuum pump 10 of Fig. 1 to 3 has no inventively arranged insulation. However, it can advantageously be developed further according to the invention, for example as shown schematically in FIG Fig. 4 and 5 is indicated. Conversely, in the Fig. 4 and 5 shown embodiments of the invention advantageously by one or more features of the vacuum pump Fig. 1 to 3 further training.
- a vacuum pump 10 designed as a turbomolecular pump which comprises a first housing component 92 and a second housing component 94.
- the first housing component 92 comprises a pump-effective section of the vacuum pump 10, while the second housing component 94 comprises a control for the vacuum pump 10.
- the first housing component 92 may, for example, a housing 16 and / or a lower part 90 according to the embodiment of Fig. 1 to 3 include.
- a heating device designed as a heating sleeve 73 is provided on the first housing part 92.
- a heating control unit 87 is provided, which is laterally attached to the vacuum pump 10, here on the cooling plate 89
- the cooling device designed as a cooling plate 89 for the control in the second housing member 94 is disposed between the second housing member 94 and the first housing member 92, and extends with respect to a rotor axis over an entire radial gap between the second and the first housing member 94 and 92nd
- an insulating device which comprises an air gap 98, which is formed by spacers 96.
- the spacers 96 are formed as washers for screws, not shown, which secure the second housing member 94 to the first housing member 92.
- a sealing ring 100 for example, an O-ring, is also provided, which can protect an inner of the first housing member 92 and / or the second housing member 94, for example against ingress of water and / or particles, in particular according to IP54.
- the first housing member 92, the air gap 98, the cooling plate 89 and the second housing member 94 are arranged in the axial direction, which is defined by a rotor axis, successively.
- the size of the spacers is selected so that the sealing ring 100 between the cooling plate 89 and the first housing member 92, the seal, in particular a board, reliably effected.
- the construction for the sealing ring 100 corresponds in particular to that of a known vacuum pump. The invention can therefore be easily integrated into an existing pump design.
- Vacuum pump 10 shown also includes a first housing portion 92 for a pumping effective portion, an air gap formed as an insulating device 98, a cooling plate 89 and a second housing member 94 for a controller. Also, a heating sleeve 73 is provided with an associated heater control unit 87.
- the air gap 98 is in the embodiment of the Fig. 5 however, formed by a plurality of spacers formed as projections 102. These are formed circumferentially in the embodiment shown around the rotor axis, but may for example also be interrupted and / or only selectively provided.
- a sealing ring 100 is enclosed here in each case by such a projection 102 on the inside and outside. Alternatively, the projections there may also be shorter than the remaining projections 102 in order to improve the seal by the sealing ring 100. Alternatively or additionally, similar projections may for example also be provided on the cooling plate 89.
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Abstract
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 und2 , - 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 gemäßEP 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 denFig. 4 und5 angedeutet ist. Umgekehrt lassen sich die in denFig. 4 und5 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft durch einzelne oder mehrere Merkmale der Vakuumpumpe derFig. 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 derFig. 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. -
- 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 (15)
- 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.
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