DE10107341A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Abstract

Bei einer Vakuumpumpe werden Bauteile, die sich im Bereich höheren Druckes befinden und die durch Ablagerungen besonders bedroht sind, gezielt aufgeheizt. Dazu wird die Wärme mit Hilfe thermischer Anbindung gezielt an kritische Stellen gebracht. Bauteile, für die eine höhere Temperatur unerwünscht ist, werden durch Wärmeleitwiderstände (26, 27) von der Heizung (20) und den beheizten Teilen isoliert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspru­ ches.

Eine solche Vakuumpumpe kann zum Beispiel als Turbomolekularpumpe oder als Molekularpumpe nach der Bauart von Holweck oder als Kombination beider Typen ausgebildet sein. Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf Kombinationen mit Pum­ pen, welche nach höherem Druck hin ausstoßen, wie zum Beispiel Seitenkanalpum­ pen.

Derartige Vakuumpumpen bestehen in der Regel aus einer Anzahl von Stufen, welche unterschiedlich gestaltet sein können und jeweils Rotor- und Statorbauteile aufweisen. Diese pumpaktiven Teile werden von dem zu fördernden Gas durchsetzt. Der Einsatz­ bereich dieser Pumpen erstreckt sich zunehmend auf Verfahren, bei denen große Mengen von leicht kondensierbaren Gasen anfallen, wie zum Beispiel chemische Pro­ zesse oder die Halbleiterfertigung. Dabei werden die Gase vom Hochvakuumbereich bis zu einem Druckbereich, in welchem laminare Strömung herrscht, oder gar bis At­ mosphärendruck komprimiert. Das bedeutet, dass in diesem Bereich höheren Druckes relativ große Gasmengen gefördert werden. Wenn dann diese Gase leicht kondensier­ bar sind, was bei tiefen Temperaturen umso mehr der Fall ist, kommt es zu Flüssig­ keits- oder Feststoffabscheidungen im beträchtlichen Ausmaß. Dadurch können Korro­ sions- und Ätzvorgänge hervorgerufen werden, welche zur Zerstörung einzelner Bau­ teile oder der ganzen Pumpe führen können. Dies ist bei den hier betrachteten Pum­ pentypen besonders kritisch, da ihre optimale Wirkungsweise nur mit hohen Drehzah­ len und sehr geringen Abständen zwischen stehenden und rotierenden Teilen erreicht werden kann.

Es gibt Konstruktionen, die zum Ziel haben, die unerwünschten Ablagerungen durch Aufheizen der kritischen Bereiche zu verhindern (DE-A 197 02 456, EP-A 06 46 220). Bei diesen Konstruktionen werden die kritischen Bereiche durch großflächige Wärme­ zufuhr aufgeheizt. Der Nachteil dabei ist, das dadurch auch Teile der Pumpe aufge­ heizt werden, die von den Abscheidungen nicht betroffen sind, wie zum Beispiel Ge­ häuse, Hochvakuumanschluss, Lagerung und Antrieb. Dies führt neben überhöhtem Energieverbrauch zu weiteren unterschiedlichen nachteiligen Folgen, wie unerwünsch­ te Ausdehnung von Bauteilen mit äußerst engen Toleranzen, schädliche Beeinträch­ tigung von Antrieb und Lagerteilen und Gefahr der Verletzung bei Berührung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion vorzustellen, bei der le­ diglich die von Ablagerungen bedrohten Bauteile gezielt aufgeheizt werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches ge­ löst. Die Ansprüche 2 bis 5 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, dass nur die kritischen Bautei­ le, d. h. diejenigen, die besonders stark von Ablagerungen bedroht sind, aufgeheizt werden. Durch thermische Anbindungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird die Wärme gezielt an die kritischen Stellen geführt. Andere Bauteile, wie zum Beispiel Gehäuse, Hochvakuumanschluss, Lager und Antrieb, werden durch Wärmeisolation von der Hei­ zung ausgenommen. Diese Maßnahmen führen zu Vorteilen, wie Begrenzung des Energieverbrauchs, Vermeidung unerwünschter Ausdehnung von Bauteilen mit engen Toleranzen, schädliche Beeinträchtigung von Antriebs- und Lagerteilen und Verlet­ zungsgefahr durch Berührung. Durch einen höheren Gasdurchsatz kann die Leis­ tungsfähigkeit der Pumpe gesteigert werden. Die geringe Wärmekapazität der Hei­ zungsteile und der Statorbauteile im Bereich höheren Druckes hat eine kurze Aufheiz­ zeit und einen geringeren Leistungsbedarf zur Folge.

Anhand der Figur soll die Erfindung am Beispiel einer Turbomolekularpumpe näher er­ läutert werden.

Dargestellt ist eine Turbomolekularpumpe mit dem Gehäuse 1, welches mit einer An­ saugöffnung 2 im Hochvakuumbereich 8 und einer Gasaustrittsöffnung 3 im Vorvaku­ umbereich 10 versehen ist. Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 5 und 6 fixiert und wird durch den Motor 7 angetrieben. Auf der Rotorwelle 4 sind Rotorbauteile 12 befestigt. Diese weisen pumpaktive Strukturen auf und bewirken mit den Statorbauteilen 14, welche ebenfalls mit pumpaktiven Strukturen versehen sein können, den Pumpeffekt. Die bei der Ansaugöffnung eintretenden Gase werden von den pumpaktiven Bauteilen über einen vorvakuumseitigen Zwischenraum 18 der Gasaustrittsöffnung 3 zugeführt. Erfindungsgemäß ist der Zwischenraum 18 mit einer Heizung 20 versehen und über thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit den vorvakuumseitigen Sta­ torbauteilen 24 verbunden. Diese thermische Anbindung wird dadurch hergestellt, dass die Statorbauteile 24 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und die Kontakte zwischen ihnen großflächig ausgebildet sind. Thermisch wird der Zwischenraum vom Gehäuse 1 und den hochvakuumseitigen Statorbauteilen durch Wärmeleitwiderstände 28 getrennt. Zusätzlich kann die Gasaustrittsöffnung 3 eben­ falls mit einer Heizung 21 versehen und durch Wärmeleitwiderstände 27 von den an­ grenzenden Gehäuseteilen thermisch getrennt sein.

Da die Erfindung sich über das beschriebene Beispiel einer Turbomolekularpumpe hinaus auch auf Pumpen oder Pumpsysteme erstreckt, welche bis zu Atmosphären­ druck ausstoßen, umfasst der Ausdruck Vorvakuum hier auch höhere Druckbereiche bis hin zum Atmosphärendruck.

Claims (5)

1. Vakuumpumpe mit in einem Gehäuse (1) untergebrachten pumpaktiven Rotor- und Statorbauteilen (12, 14), wobei das Gehäuse (1) im Hochvakuumbereich (8) mit einer Ansaugöffnung (2) und im Bereich höheren Druckes (10) mit einer Gasaustrittsöffnung (3) versehen ist und das dem Bereich höheren Druckes zu­ gewandte Ende (16) der pumpaktiven Bauteile über einen Zwischenraum (18) mit der Gasaustrittsführung (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (18) mit einer Heizung (20) versehen ist und einerseits über thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit den Statorbauteilen (24) im Bereich höheren Druckes verbunden ist sowie andererseits durch Wärmeleit­ widerstände (26) thermisch vom Gehäuse (1) getrennt ist.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaus­ trittsöffnung (3) mit einer Heizung (21) versehen ist.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit dadurch hergestellt wird, dass die Statorbauteile (24) selbst aus einem Material mit hoher Wärmeleit­ fähigkeit bestehen und die Kontakte zwischen ihnen großflächig ausgebildet sind.

4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hochvakuumseitigen Statorbauteile durch Wärmeleitwiderstände (28) von den Statorbauteilen im Bereich höheren Druckes thermisch getrennt sind.

5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung (3) durch Wärmeleitwiderstände (27) von den angrenzenden Gehäusebauteilen thermisch getrennt ist.