DE102005020904A1 - Vakuum-Pumpenanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Vakuum-Pumpenanordnung, insbesondere eine Turbomolekular-Pumpenanordnung, weist in einem Pumpengehäuse (10) einen Rotor (14) und einen Stator (16) auf. Das Pumpengehäuse (10) ist über einen Pumpenflansch (30) mit einem Vakuumkammergehäuse (26) verbunden. Zur Verbindung sind Halteelemente (34) vorgesehen. Um im Schadensfall, wie beim Blockieren des Rotors (14) und den hierbei auftretenden hohen Momenten, ein Verdrehen des Halteelements (34) zu vermeiden, weist das Halteelement (34) eine mit dem Vakuumkammergehäuse (26) zusammenwirkende Verdrehsicherung (40) auf.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Pumpenanordnung, insbesondere eine Turbomolekular-Pumpenanordnung.
• Vakuum-Pumpen, wie beispielsweise Turbomolekular-Pumpen, sind zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer mit einem Vakuumkammergehäuse verbunden. Die Verbindung erfolgt hierbei über einen mit dem Pumpengehäuse verbundenen Pumpenflansch und entsprechenden Halteelementen, wie beispielsweise sogenannten Pratzen. Die Pratzen sind mit dem Pumpenflansch verbunden, an dem beispielsweise ein Ansatz der Pratze in eine Rille oder Nut des Pumpenflansches eingreift. Die Befestigung der Pratzen an dem Vakuumkammergehäuse erfolgt über eine Schraube. Da derartige Vakuum-Pumpen ein Gewicht von bis zu 65 kg aufweisen können und der in dem Pumpengehäuse angeordnete Rotor Drehzahlen im Bereich von 30.000 bis 100.000 U/min erreichen kann, sind an die Sicherheit hohe Anforderungen gestellt. Auf Grund des hohen Gewichts und der hohen Rotorgeschwindigkeiten muss eine sichere Befestigung der Vakuum-Pumpe an dem Vakuum-Kammergehäuse gewährleistet sein, um mit hoher Sicherheit die Gefährdung von Bedienpersonal auszuschließen. Insbesondere bei dem Schadensfall des Blockieren des Rotors treten schlagartig hohe Momente auf, die vom Rotor über den Stator auf das Pumpengehäuse und von dem Pumpengehäuse über die Pratzen auf das Vakuumkammergehäuse übertragen werden. Bei derart großen Momenten, die im Bereich von mehreren tausend Nm liegen können, kann ein Verdrehen des Pumpengehäuses gegenüber dem Vakuumkammergehäuse erfolgen. Dies kann zu Beschädigungen des Vakuumkammergehäuses im Bereich der Befestigung der Pratzen führen. Insbesondere die Beschädigung des Vakuumkammergehäuses ist nachteilig, da zusätzlich zum Austausch der Vakuum-Pumpe auch eine Reparatur des Vakuumkammergehäuses erforderlich ist. Dies ist nicht nur kostenintensiv, sondern unterbricht eine Produktion ggf. für einen längeren Zeitraum. Ggf. kann es sogar vorkommen, dass die Pratzen am Pumpenflansch vollständig ausbrechen und die Vakuum-Pumpe nicht mehr am Vakuumkammergehäuse gehalten wird, so dass die Vakuum-Pumpe herunterfallen kann. Neben Beschädigungen des Vakuumkammergehäuses besteht hierdurch ein hohes Verletzungsrisiko des Bedienpersonals.
• Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere ab einem Flanschdurchmesser von 160 mm vorstehende Probleme auftreten können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, im Schadensfall die Sicherheit von Vakuum-Pumpenanordnungen zu erhöhen.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Die erfindungsgemäße Vakuum-Pumpenanordnung, bei der es sich insbesondere um eine Turbomolekular-Pumpenanordnung handelt, weist insbesondere eine Pumpe mit hohem Gewicht und/oder hohen Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors auf. Die Vakuum-Pumpenanordnung weist ein Pumpengehäuse auf, in dem ein Rotor und ein Stator angeordnet sind. Mit dem Pumpengehäuse ist ein Pumpenflansch verbunden, wobei der Pumpenflansch auch unmittelbar als Teil des Gehäuses ausgebildet sein kann. Zur Befestigung des Pumpengehäuses an einem Vakuumkammergehäuse sind Halteelemente vorgesehen. Erfindungsgemäß weist mindestens ein Halteelement eine Verdrehsicherung auf, die mit dem Vakuumkammergehäuse zusammen wirkt. Durch das Vorsehen einer derartigen Verdrehsicherung ist sichergestellt, dass im Schadensfall, insbesondere beim schlagartigen Blockieren des Rotors, auf Grund der auftretenden hohen Momente kein Verdrehen des Halteelements, wie der Pratze, erfolgt. Hierdurch ist insbesondere ein Lösen der Verbindung zwischen dem Pumpenflansch und dem Vakuumkammergehäuse vermieden, so dass die Sicherheit verbessert ist. Ferner ist die Gefahr des Beschädigens des Vakuumkammergehäuses im Bereich der Befestigung des Halteelements verringert.
• Vorzugsweise ist mindestens ein Halteelement mit einer erfindungsgemäßen Verdrehsicherung vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei, insbesondere einander gegenüberliegende Halteelemente mit Verdrehsicherung vorgesehen. Hierbei kann das erfindungsgemäße Halteelement mit Verdrehsicherung mit herkömmlichen Einzel-Halteelementen kombiniert sein. Vorzugsweise sind mehrere Halteelemente mit Verdrehsicherung, insbesondere mit mindestens drei am Umfang des Pumpenflansches verteilt angeordneten Halteelementen vorgesehen. Hierbei ist der Pumpenflansch vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet.
• Als Verdrehsicherung kann das Halteelement einen Stift aufweisen, der vorzugsweise in eine am Pumpenkammergehäuse vorgesehene Ausnehmung bzw. Bohrung eingreift. Zusätzlich weist das Halteelement vorzugsweise ein Befestigungselement, wie eine Schraube, auf. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halteelements weist somit eine Verdrehsicherung, beispielsweise in Form eines in eine Ausnehmung eingreifenden Stiftes, und ein Befestigungselement auf, das in ein an dem Vakuumkammergehäuse vorgesehenes Gewinde eingeschraubt wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auch die Verdrehsicherung als Befestigungselement, insbesondere als Schraube, ausgebildet, so dass das erfindungsgemäße Halteelement mindestens zwei insbesondere identisch ausgebildete Befestigungselemente aufweist. Da beide Befestigungselemente in in dem Vakuumkammergehäuse vorgesehene Ausnehmungen, wie Gewindebohrungen, eingreifen, dienen beide Befestigungselemente sowohl zur Befestigung als auch zur Verdrehsicherung.
• Der mit dem Pumpengehäuse verbundene oder als Teil des Pumpengehäuses ausgebildete Pumpenflansch weist vorzugsweise eine kreisringförmige Nut auf. Diese kann unterbrochen sein, verläuft vorzugsweise jedoch am gesamten Umfang. Die Halteelemente weisen vorzugsweise einen insbesondere kreisringsegmentförmigen Ansatz auf, der in die Nut eingreift. Hierdurch ist die Montage der Pumpe erheblich vereinfacht, da die Lage des Pumpengehäuses relativ zum Vakuumkammergehäuse variiert werden kann, ohne das die Lage der Halteelemente verändert werden muss.
• Vorzugsweise entspricht der Radius der Nut im Wesentlichen dem Radius der Ansätze. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass beim Auftreten eines sehr großen Moments im Schadensfall das Pumpengehäuse gegenüber den Halteelementen eine Drehung ausführen kann, sobald die durch das auftretende Moment zwischen dem Pumpenflansch und den Ansätzen der Halteelemente auftretenden Kräfte größer als die Reibungskräfte in diesem Bereich sind.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Pumpenanordnung,
• 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Pumpengehäuses,
• 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Halteelements, und
• 4 eine schematische Draufsicht eines Teils einer Vakuum-Pumpenanordnung mit einem Halteelement nach dem Stand der Technik im Schadensfall.
• Eine Vakuum-Pumpenanordnung weist ein Pumpengehäuse 10 auf, in dem ein um eine Längsachse 12 rotierender Rotor 14 angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Rotorblättern 14 sind mit dem Gehäuse 10 verbundene Statorschaufeln 16 angeordnet. Der Rotor 14 ist über ein Verbindungselement 18 mit einer Antriebswelle 20 fest verbunden. Entsprechend ist der Stator 16 über ein Verbindungselement 22 mit dem Gehäuse 10 fest verbunden.
• Zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer 24 ist das Gehäuse 10 an einem Vakuumkammergehäuse 26 im Bereich einer Öffnung 28 befestigt.
• Zur Befestigung weist das Gehäuse einen im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisringförmigen Pumpenflansch 30 auf. Der Pumpenflansch 30 ist im Querschnitt L-förmig, so dass eine kreisringförmige Nut 32 ausgebildet ist.
• Mit Hilfe eines Halteelements 34 erfolgt eine Befestigung des Pumpengehäuses 10 über den Flansch 30 an dem Vakuumkammergehäuse 26. Hierzu weist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Halteelement 34 einen insbesondere kreisringsegmentförmigen Ansatz 36 auf, der in die Nut 32 des Pumpenflansches 30 eingreift.
• Zur Befestigung des Halteelements 34 an dem Vakuumkammergehäuse ist als Befestigungselement eine Schraube 38 vorgesehen. Hierbei weist das erfindungsgemäße Halteelement 34 (2) ein Befestigungselement 38 sowie eine Verdrehsicherung 40 auf, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl das Befestigungselement 38 als auch die Verdrehsicherung 40 als Schraube ausgebildet sind. Die Verdrehsicherung 40 greift in eine Ausnehmung 42 ein, bei der es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Gewindebohrung in dem Vakuumkammergehäuse 26 handelt.
• Da die erfindungsgemäßen Halteelemente 34 neben einem Befestigungselement 38 eine Verdrehsicherung 40 aufweisen, ist beim Auftreten eines Schadensfalls gewährleistet, dass ein Verdrehen der Befestigungselemente 34 nicht auftritt. Trotz der im Schadensfall, wie beim Blockieren des Rotors 14, auftretenden hohen Momente, die von dem Rotor 14 über den Stator 16 in das Pumpengehäuse 10 übertragen werden, erfolgt hierbei kein Verdrehen der Halteelemente 34, wie es bei entsprechenden Einfach-Halteelementen 44 (2) erfolgen kann.
• Bei der in 2 dargestellten perspektivischen Ansicht des Pumpengehäuses 10 handelt es sich um eine Ansicht auf die Flanschseite des Pumpengehäuses, wobei an dem kreisringförmigen Flansch 30 vier erfindungsgemäße Halteelemente 34 sowie vier Einzel-Halteelemente 44 angeordnet sind. Die erfindungsgemäßen Halteelemente 34 weisen jeweils einen kreisringförmigen Ansatz 36 auf, der in die Nut 32 des Pumpenflansches 30 (1) eingreift. Ferner sind je Halteelement 34 zwei Schrauben 38, 40 vorgesehen, die als Befestigungselement bzw. Verdrehsicherung dienen.
• Die Schrauben 38, 40 sind durch in dem Halteelement 34 vorgesehene Durchgangsbohrungen 46 geführt.
• Zur Verdeutlichung des Standes der Technik ist in 4 ein Einzel-Halteelement 44 im Schadensfall dargestellt. Das Einzel-Halteelement 44 ist über eine Schraube 48 in dem Vakuumkammergehäuse 10 befestigt. Auf Grund der hohen auftretenden Momente im Schadensfall erfolgt ein Drehen des Pumpengehäuses 10 in Richtung eines Pfeils 50. Hierdurch erfolgt ein Verdrehen eines Einzel-Halteelements 44 im Gegen-Uhrzeigersinn. Dies kann zu Beschädigungen des Flansches 30 sowie des Vakuumkammergehäuses 26 führen.

Claims (6)

1. Vakuum-Pumpenanordnung, insbesondere Turbomolekular-Pumpenanordnung, mit einem in einem Pumpengehäuse (10) angeordneten Rotor (14) und einem Stator (16), einem mit dem Pumpengehäuse (10) verbundenen Pumpenflansch (30), und mindestens einem mit dem Pumpengehäuse (10) und einem Vakuumkammergehäuse (26) verbundenen Halteelement (34) zum Befestigen des Pumpengehäuses (10) an dem Vakuumkammergehäuse (26), dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (34) mit einer mit dem Vakuumkammergehäuse (26) zusammen wirkenden Verdrehsicherung (40) verbunden ist.
2. Vakuum-Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (40) in eine in dem Vakuumkammergehäuse (26) vorgesehene Ausnehmung (42) eingreift.
3. Vakuum-Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (34) ein zusätzlich zu der Verdrehsicherung (40) vorgesehenes Befestigungselement (38) aufweist.
4. Vakuum-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (40) zusätzlich als weiteres Befestigungselement ausgebildet ist.
5. Vakuum-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Halteelemente (34) am Umfang des vorzugsweise kreisringförmigen Pumpenflansches (30) angeordnet sind.
6. Vakuum-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenflansch (30) eine insbesondere kreisringförmige Nut (32) aufweist, in die ein insbesondere kreisringsegmentförmiger Ansatz (36) des Halteelements (34) eingreift.