DE102004012677A1 - Vakuumsystem - Google Patents

Abstract

Das Vakuumsystem besteht aus einer Vakuumkammer (10) und einem Aggregat (11), die durch eine Flanschverbindung (20) verbunden sind. Zur Vermeidung der Übertragung von Vibrationen von dem Aggregat (11) auf die Vakuumkammer (10) ist zwischen den Flanschen (13, 14) ein elastomerer Dämpfungsring (15) vorgesehen. Spannbolzen (21), die die Flansche (13, 14) gegen den Dämpfungsring (15) drücken, enthalten unter den Köpfen (22, 23) Federelemente (24, 25). Wenn das Vakuum die Arbeitsgröße erreicht hat, wird der Dämpfungsring (15) unter der Vakuumwirkung so weit komprimiert, dass die Spannbolzen (21) und die Federelemente (24, 25) entlastet werden. Dadurch wird der Vibrationsübertragungsweg (30) über die Spannbolzen unterbrochen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Vakuumsystem aus einer Vakuumkammer und einer damit über eine Flanschverbindung verbundenen Aggregat.
• Bei einem Vakuumsystem aus Vakuumkammer und Aggregat besteht die Gefahr, dass Vibrationen, die von dem Aggregat erzeugt werden, auf die Vakuumkammer übertragen werden. Besonders Aggregate, wie Kryopumpen oder Kryo-Refrigeratoren, Kaltköpfe und ähnliche Kälteerzeuger, enthalten Kolben, die Schwingungen erzeugen und starke Vibrationen hervorrufen können. Wenn zwischen der Vakuumkammer und dem Aggregat Vibrationsdämpfer angeordnet sind, die im allgemeinen aus Membranbälgen bestehen, besteht die Gefahr, dass bei großen Nennweiten die Vibrationsdämpfer infolge des erzeugten Vakuums kontrahieren. Durch die hervorgerufene Versteifung wird der Dämpfungseffekt geringer. Nur mit sehr aufwendigen Abstützungen, die auch die Einbaulage einschränken, kann hier abgeholfen werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumsystem zu schaffen, bei dem Vakuumkammer und Aggregat zu Beginn der Vakuumerzeugung abdichtend verbunden sind, wobei mit zunehmender Verstärkung des Vakuums eine Schwingungsentkopplung stattfindet.
• Das erfindungsgemäße Vakuumsystem wird durch den Patentanspruch 1 charakterisiert. Erfindungsgemäß ist zwischen den Flanschen von Vakuumkammer und Aggregat ein elastomerer Dämpfungsring angeordnet, der bei dem von der Vakuumpumpe erzeugten Vakuum derart komprimiert wird, dass das mindestens eine um den Spannbolzen angeordnete Federelement entlastet wird und dadurch keine Vibrationen mehr überträgt.
• Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass bei anfänglicher Erzeugung des Vakuums die Flansche unter Einschluss des Dämpfungsringes von den Spannbolzen gegeneinander gedrückt werden, wobei unvermeidlich eine Schwingungsübertragung von dem Aggregat über die Spannbolzen auf die Vakuumkammer erfolgt. Vibrationen werden dabei durch die Federelemente zwar gedämpft, aber nicht von der Vakuumkammer völlig ferngehalten. Wenn das Vakuum den angestrebten Arbeitswert erreicht hat, der beispielsweise 10^–7 mbar beträgt, werden die Flansche durch die Wirkung des Vakuums so stark gegeneinander gepresst, dass der zwischen ihnen befindliche Dämpfungsring komprimiert wird. Dadurch werden die Federelemente an den Spannbolzen entlastet, so dass über die Spannbolzen praktisch keine Schwingungen mehr übertragen werden. Der einzige Wert der Schwingungsübertragung verläuft durch den zwischen den Flanschen angeordneten Dämpfungsring. An diesem Dämpfungsring sind die Flansche gewissermaßen schwimmend angeordnet, wobei sie durch die Spannbolzen lediglich in axialer Ausrichtung gehalten, nicht aber gegeneinander gepresst werden. Das Anpressen der Flansche erfolgt nach Erreichen des stationären Arbeitszustandes ausschließlich durch Vakuumwirkung.
• Vorzugsweise sind Vakuumkammer und Aggregat übereinander angeordnet, so dass der Schwerkrafteinfluss axial zur Flanschverbindung wirkt. Es besteht aber auch die Möglichkeit einer anderen Orientierung, beispielsweise mit horizontaler Achse der Flanschverbindung, wobei die Vakuumpumpe seitlich an der Vakuumkammer angebracht ist. Die Konstruktion hat sich als unempfindlich gegen Schwerkrafteinflüsse erwiesen.
• Die Erfindung ist mit Vorteil bei Aggregaten anwendbar, bei denen es sich um Vakuumpumpen oder Kaltköpfe handelt. Als Vakuumpumpe kommen insbesondere Kryopumpen und Turbopumpen in Betracht, bei denen hochfrequente Lagervibrationen auftreten können. Ein Kaltkopf hat einen Kolben, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt und etwa 50 Hübe pro Minute ausführt, die eine starke Schwingungsbeanspruchung bilden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Dämpfungsring dicker als die Summe der Dicken der Federelemente an einem Spannbolzen. Durch den relativ dicken Dämpfungsring wird erreicht, dass das Vakuum einen langen Deformationsweg des Dämpfungsringes hervorruft, wodurch die Federelemente an den Spannbolzen wirksam entlastet werden können. Andererseits bewirkt ein dicker Dämpfungsring während des Vakuumbetriebes eine hohe Vibrationsdämpfung.
• Die Federelemente bestehen vorzugsweise aus einem Elastomermaterial, das ähnlich demjenigen der Dämpfungsschicht ist.
• Die Erfindung ermöglicht es, die Flansche von Vakuumkammer und Aggregat direkt miteinander zu verbinden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass ein Basisflansch, der fester Bestandteil eines Aggregats ist, mit einem Überwurfflansch versehen ist, welcher rastend befestigt ist. Die Spannbolzen können sich dann durch den Überwurfflansch erstrecken, der zusammen mit dem Basisflansch den Flansch bildet.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Vakuumsystems, und
• 2 einen Schnitt durch die Einzelheit II von 1.
• Das Vakuumsystem von 1 weist eine Vakuumkammer 10 auf, die mit einem Aggregat verbunden ist, das hier eine Vakuumpumpe 11 ist. Die Vakuumkammer 10 ist beispielsweise ein Rezipient für die Halbleiterherstellung oder für die Oberflächenbehandlung anderer Werkstücke. Die Vakuumkammer ist ein vakuumdichter Behälter, der einen Vakuumanschluss 12 mit einem Flansch 13 aufweist.
• Die Vakuumpumpe 11 ist eine Kryopumpe oder eine andere Hochvakuumpumpe mit einem Flansch 14. Zwischen den Flanschen 13 und 14 befindet sich ein Dämpfungsring 15 aus Elastomermaterial mit einer Stärke von etwa 20 mm, jedoch vorzugsweise nicht weniger als 15 mm. Die Vakuumpumpe 11 ist eine Hochvakuumpumpe mit einem Anschluss 16 für eine Vorvakuumpumpe.
• In 2 ist die Flanschverbindung 20 mit den beiden Flanschen 13 und 14 und dem dazwischen angeordneten Dämpfungsring 15 detailliert dargestellt. Die Flansche und der Dämpfungsring haben miteinander fluchtende Öffnungen, durch die Spannbolzen 21 hindurch gesteckt sind. Der Spannbolzen 21 weist an seinem einen Ende einen angeformten Kopf 22 und an seinem gegenüberliegenden Ende einen Kopf 23 in Form einer auf einem Gewinde sitzenden Gewindemutter auf. Der Kopf 23 drückt gegen ein elastomeres Federelement 24 und der Kopf 23 drückt gegen ein elastomeres Federelement 25. Jedes dieser Federelemente ist mit einer Unterlegscheibe 26 bzw. 27 an dem betreffenden Flansch 13,14 abgestützt. Die Schraubverbindung ist durch eine Kontermutter 23a gesichert.
• Im Ruhezustand, also vor Einschaltung der Vakuumpumpe, zieht der Spannbolzen 21 die Flansche 13 und 14 derart gegeneinander, dass sie abdichtend gegen den Dämpfungsring 15 gedrückt werden. Dadurch wird die Vakuumkammer dicht mit der Vakuumpumpe verbunden. Beim Betrieb der Vakuumpumpe werden Schwingungen entlang des Weges 30 übertragen, nämlich vom Flansch 14 der Vakuumpumpe über das Federelement 25 auf den Kopf 23 und den Schaft des Spannbolzens 21, sowie weiter über den Kopf 22, das Federelement 24 und die Unterlegscheibe 26 auf den Flansch 13 der Vakuumkammer. Wenn das Vakuum seinen Endwert erreicht hat von beispielsweise 10^–7 mbar, wird der Dämpfungsring 15 zwischen den Flanschen axial komprimiert, so dass seine Dicke von ursprünglich etwa 20 mm auf beispielsweise 19 mm reduziert ist. Die Shore-Härte des Dämpfungsringes beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 50.
• Durch die Dickenreduzierung des Dämpfungsringes wird der Spannbolzen 21 entlastet, so dass die Schwingungsübertragungsstrecke über die Federelemente 24 und 25 unterbrochen ist. Der Dämpfungsring 15 ist ein Vitonring. Er dämpft die Vibrationen je nach Frequenz um einen Faktor zwischen 5 und 20. Im Vakuumzustand besteht keine starre Verbindung zwischen Vakuumkammer und Aggregat.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Flansch 14 der Vakuumpumpe 11 aus einem Basisflanschteil 31, das Bestandteil der Vakuumpumpe ist und einem Überwurfflanschteil 32, das das Basisflanschteil 31 umgibt und mit einem Klemmring 33 befestigt ist. Der Klemmring 33 blockiert ein Bewegen des Überwurfflanschteils 32 in Richtung auf die Vakuumkammer, lässt jedoch ein Entfernen des Überwurfflanschteils 32 nach hinten zu. Die Spannbolzen 21 erstrecken sich durch das Überwurfflanschteil 32.

Claims (4)

1. Vakuumsystem aus einer Vakuumkammer (10) und einer damit über eine Flanschverbindung (20) verbundenen Aggregat (11), wobei die Flanschverbindung (20) Spannbolzen (21) mit an beiden Enden vorgesehenen Köpfen (22,23) und für jeden Spannbolzen mindestens ein Federelement (24,25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flanschen (13,14) von Vakuumkammer (10) und Aggregat (11) ein elastomerer Dämpfungsring (15) angeordnet ist, der bei dem von der Vakuumpumpe erzeugten Vakuum derart komprimiert wird, dass das mindestens eine Federelement (24,25) entlastet wird und dadurch keine Vibrationen mehr überträgt.
2. Vakuumsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsring (15) dicker ist als die Summe der Dicken der Federelemente (24,25) an einem Spannbolzen (21).
3. Vakuumsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24,25) aus einem Elastomermaterial bestehen, das ähnlich demjenigen des Dämpfungsringes (15) ist.
4. Vakuumsystem nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flansch (14) ein erstes Flanschteil (31) und ein dieses umgebendes Überwurf flanschteil (32) aufweist, durch das die Spannbolzen (21) hindurchgehen.