DE102006058672A1

DE102006058672A1 - Anordnung mit Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102006058672A1
Application number: DE102006058672A
Authority: DE
Inventors: Matthias Mädler; Peter Fahrenbach
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: EP1933037A2; DE102006058672B4; EP1933037B1; EP1933037A3

Abstract

Anordnung mit einer Vakuumkammer, welche einen Kammerflansch aufweist, und einer Vakuumpumpe, welche einen in einem Rotorgehäuse angeordneten, schnelldrehenden Rotor und einen Pumpenflansch aufweist. Um im Falle eines Rotor-Stator-Kontakts freiwerdende Drehmomente sicher aufzufangen, schlägt die Erfindung vor, dass die Anordnung ein drehmomentsicheres Sicherungsmittel aufweist, welches das Rotorgehäuse mit einer Drehmomentsenke verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Vakuumkammer, welche einen Kammerflansch aufweist, und einer Vakuumpumpe, welche einen in einem Rotorgehäuse angeordneten, schnelldrehenden Rotor und einen Pumpenflansch aufweist.
Vakuumpumpen mit schnelldrehenden Rotoren, beispielsweise Turbomolekularpumpen, speichern aufgrund der hohen Drehfrequenz des Rotors in diesem hohe Energien. Bei einem so genannten Rotor-Stator-Crash kommt es zu einem Kontakt von Rotor und Stator. Dabei werden diese hohen Energien über Pumpenbauteile wie z. B. Pumpenflansch in Form eines Drehmomentes abgegeben. Das Verdrehen der Pumpe bei einem solchen Rotor-Stator Crash muss vermieden werden, da dabei eine Verletzungsgefahr für Personen entsteht und eine Beschädigung der Anlage zu erwarten ist. In Folge dieser Verdrehung der Pumpe kann es außerdem zum Leckschlagen oder Abreißen der Pumpe kommen. In der Prozesstechnik werden zum Teil toxische Gase gepumpt, was dann zu einer Kontamination der Umgebung führt. Bei einem Leckschlagen der Anlage wird auch der laufende Prozess des Anwenders so stark beeinflusst, dass er in der Regel abgebrochen werden muss. Dadurch fallen Kosten an, die bei großen Prozessen, beispielsweise in der Halbleiterindustrie, sehr hohe Beträge erreichen können.
Die Vakuumpumpen werden mit dem Hochvakuumflansch an Rohrbauteile, Schieber oder direkt an den Rezipienten montiert. Insbesondere bei der Montage an einem Schieber besteht im Falle eines plötzlichen Blockierens die Gefahr einer Verdrehung oder Leckage des Schiebers. Auch sind die Flansche der Rezipienten und auch Rohrbauteile in der Regel nicht in der Lage, die hohe Momente aufzunehmen.
Zum Teil können Vakuumpumpen zusätzlich zum Flansch auch am Boden befestigt werden, was aufgrund von nicht-fluchtenden Befestigungspunkten zu einer Verspannung der Pumpe oder des Schiebers führen kann, so dass ein störungsfreier Betrieb nicht sichergestellt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung mit einer Vakuumpumpe mit schnelldrehendem Rotor vorzustellen, bei der im Falle eines Rotor-Stator-Chrashes eine sichere Verbindung von Vakuumpumpe und Vakuumkammer gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Kerngedanke der Erfindung ist, neben der Flanschverbindung zwischen Vakuumpumpe und Vakuumkammer durch drehmomentsichere Sicherungsmittel eine weitere Verbindung vorzusehen, über die eine sichere Ableitung der bei einem Rotor-Stator-Crash auftretenden Drehmomente stattfindet. Dabei greifen die Sicherungsmittel am Rotorgehäuse an, wodurch die Nachteile der Bodenbefestigung vermieden werden. Die Drehmomente werden stattdessen direkt am Ort der Entstehung aufgenommen.
Es kann sinnvoll sein, zwischen Vakuumpumpe und Vakuumkammer eines oder mehrere Zwischenbauteile anzuordnen, beispielsweise ein Ventilbauteil. Es wird auch das Bedürfnis bestehen, vorhandene Anlagen umrüsten zu können. Für diese Fälle ist es sinnvoll, eine drehmomentsichere Flanschverbindung zwischen Vakuumpumpe und Zwischenbauteil zu schaffen und die drehmomentsicheren Sicherungsmittel mit dem Zwischenbauteil zu verbinden.
Wenn das Zwischenbauteil Funktionen übernimmt, indem es beispielsweise mit einem Schieber ausgestattet ist, sind die Verspannungen durch Bodenbefestigungen noch kritischer, weil sie zu einer Fehlfunktion führen können, die beispielsweise auf dem Verklemmen des Schiebers im verspannenten Gehäuse beruht. Dies wird durch Anwendung der Erfindung vermieden.
Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf die Gestaltung des Befestigungspunktes des drehmomentsicheren Mittels an der Vakuumpumpe oder dem Zwischenbauteil. Eine einfach herzustellende und mechanisch sehr stabile Lösung ist es, an Vakuumpumpe oder Zwischenbauteil einen Ring vorzusehen, der einstückig ausgebildet ist.
In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst die Drehmomentsenke Tragstruktur oder Vakuumkammer. Diese eignen sich aufgrund ihrer Maße und für die Hebel maßgeblichen Abmessungen sehr gut, hohe Drehmomente aufzunehmen.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1: Anordnung mit Vakuumkammer und Vakuumpumpe.
2: Anordnung mit Vakuumkammer, Vakuumpumpe und Zwischenbauteil.
3: Anordnung mit Vakuumkammer, Vakuumpumpe, Zwischenbauteil und Schieberventil.
4: Schnitt durch den Flanschbereich einer Anordnung mit Vakuumkammer und Vakuumpumpe.
In den nachfolgenden Abbildungen bezeichnen gleiche Ziffern gleiche Teile.
Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt 1. Auf einer Tragstruktur 9 ist eine Vakuumkammer 1 montiert, welche einen Kammerflansch 3 aufweist.
Vakuumkammer und Tragstruktur sind miteinander verbunden, beispielsweise durch Verschraubungen oder Schweißnähte. Die Tragstruktur steht auf einem Boden 8, beispielsweise dem Boden einer Fabrikhalle, eines Labors oder dergleichen. Sie kann am Boden befestigt sein. Eine Vakuumpumpe 2 weist einen Pumpenflansch 4 auf, welcher lösbar mit dem Kammerflansch verbunden ist. Diese Verbindung wird durch geeignete, im Stand der Technik bekannte Mittel wie Schrauben oder Klammem geschaffen. Diese Mittel sind in den Abbildungen durch senkrechte Striche im Bereiche der Flansche symbolisiert. Die Vakuumpumpe besitzt ein Pumpenunterteil 6, in welchem Lager, Antrieb und dergleichen untergebracht sind, und ein Rotorgehäuse 5, welches einen schnelldrehenden Rotor umgibt. Dieser Rotor ist in den Abbildungen durch eine senkrechte Linie mit vier Querlinien symbolisiert. Das Rotorgehäuse weist einen einstückig mit ihm ausgeführten Ring 11 auf, der durch geeignete Mittel, beispielsweise Schrauben 7, mit einem Querträger 10 der Tragstruktur verbunden ist. In dieser Ausführung umfasst das drehmomentsichere Sicherungsmittel den Querträger 10, die Schrauben 7 und den Ring 11. Im Falle eines Rotor-Stator-Crashes wird das auftretende Drehmoment nicht mehr alleine über Kammerflansch und Pumpenflansch abgeführt, sondern zum Großteil über das drehmomentsichere Sicherungsmittel an die Tragstruktur abgegeben. Hierdurch kann ein Abreißen oder Undichtwerden der Flanschverbindung durch Verdrehung der Vakuumpumpe gegenüber der Vakuumkammer wirksam verhindert werden. Günstig sind dabei die größeren Hebel, die das Sicherungsmittel gegenüber dem Kammerflansch aufweisen. Diese Hebel sind durch die Radien von Flansch bzw. Sicherungsmittel bestimmt. Die Tragstruktur wirkt als Drehmomentsenke, da das Drehmoment von ihr aufgenommen wird, ohne dass es zu Schäden an Vakuumkammer, Vakuumpumpe und insbesondere deren Verbindung kommt.
Durch die Erfindung ist es möglich, Vakuumpumpen mit mehr gespeicherter Rotorenergie in dieser Anordnung einzusetzen. Im Stand der Technik begrenzt der Kammerflansch das maximal zu verkraftende Drehmoment und damit Rotorgröße und Drehzahl. Diese Grenze kann durch die Erfindung überschritten werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeigt 2. Zwischen Vakuumpumpe und Vakuumkammer ist ein Zwischenbauteil 12 angeordnet, welches einen Ring 11' aufweist, der mit dem Querträger 10 der Tragstruktur 9 verbunden ist. Hierbei muss die Verbindung der Flansche von Zwischenbauteil und Vakuumpumpe so ausgeführt sein, dass sie die im Falle eines Rotor-Stator-Crashes auftretenden Drehmomente übertragen kann. Dies ist leichter zu gewährleisten als den Kammerflansch entsprechend auszulegen, da Zwischenbauteil und Vakuumpumpe vom Hersteller der Vakuumpumpe gebaut werden können, welcher die auftretenden Drehmomente berechnen oder experimentell ermitteln kann. Über den Ring 11' und den Querträger, die als drehmomentsicheres Sicherungsmittel dienen, wird das Drehmoment an die als Drehmomentsenke wirkende Tragstruktur abgegeben.
Eine nächste Weiterbildung zeigt 3. Sie ist gegenüber der 2 derart geändert, dass zwischen Zwischenbauteil 12 und Vakuumkammer ein weiteres Element angeordnet ist. Im Beispiel ist das ein Schieberventil 37, welches in der Zeichnung durch ein entsprechendes Symbol der Vakuumtechnik gekennzeichnet ist. Dieses Schieberventil ermöglicht es, die Gasverbindung zwischen Vakuumpumpe und Vakuumkammer zu trennen. In diesem Beispiel weist wiederum das Zwischenbauteil einen Ring 11' ab, der mit der Drehmomentsenke verbunden ist. Dieser Aufbau erlaubt es, ein Schieberventil einzusetzen, welches an sich mechanisch nicht stark genug ausgelegt ist, um die Drehmomente aufzunehmen. Die Drehmomentableitung auf die Drehmomentsenke erfolgt über das zwischen Schieberventil und Vakuumpumpe angeordnete Zwischenbauteil. Das zwischen Vakuumkammer und Zwischenbauteil angeordnete Element kann in einer vorteilhaften Weiterbildung auch ein Dämpfungskörper sein. Diese weisen aufgrund ihrer entkoppelnden Struktur nur eine geringe mechanische Stabilität auf.
In einer nicht abgebildeten Weiterbildung sind Schieberventil 37 und Zwischenbauteil 12 einstückig ausgeführt.
Ein Vorteil der Weiterbildungen nach den 2 und 3 ist, dass bestehende Anlagen auch nachträglich noch sicher ausgeführt werden können. Sollte die Sicherheit gegenüber einem Rotor-Stator-Crash beim Bau der Vakuumkammer vernachlässigt worden sein, kann durch das Zwischenbauteil und die Kopplung über ein drehmomentsicheres Sicherungsmittel an eine Drehmomentsenke die Anlage nachträglich gesichert werden.
4 zeigt eine Alternative für die Gestaltung der drehmomentsicheren Sicherungsmittel auf. Gezeigt ist in dieser Abbildung ein Schnitt durch einen Teil der Anordnung, die hier Vakuumpumpe und Vakuumkammer aufweist. Die gezeigte Ausführungsform der Sicherungsmittel kann natürlich auch auf die Weiterbildungen nach den 2 und 3 angewendet werden. Gezeigt sind die Rotorscheiben 30, welche Bestandteil des Rotors sind und die diesen gegenüberstehenden Statorscheiben 31. Die Statorscheiben werden durch Distanzringe 32 derart auf axialem Abstand gehalten, dass zwischen den Statorscheiben die Rotorscheiben frei und ohne Berührung drehen können. Bei einem Rotor-Stator-Crash gelangen diese Scheiben derart in Berührung, dass die Drehung des Rotors gestoppt wird. Die Berührung kann beispielsweise durch ein unplanmäßiges Einbringen eines Fremdkörpers in die Vakuumpumpe zu Stande kommen. Durch das Stoppen werden die Scheiben meist sehr stark verformt, wodurch bereits ein Teil der Rotationsenergie umgesetzt wird. Der Rest wird an das Rotorgehäuse 5 abgegeben. Die Vakuumpumpe weist einen Pumpenflansch 4 auf, der mit dem Kammerflansch 3 durch an sich bekannte Klammerschrauben 33 lösbar verbunden ist. Das Rotorgehäuse weist einen Ring 11 auf, der es wenigstens auf einem Teil des Umfangs umgibt. Eine Schraube 36 stellt eine kraftschlüssige Verbindung zu einer Stütze 34 her, die mit einer Schweißnaht 35 an der Vakuumkammer angebracht ist. Auch diese Verbindung kann durch eine Schraubverbindung hergestellt werden. Die drehmomentsicheren Sicherungsmittel umfassen in diesem Beispiel die Stütze 34, die Schraube 36 und den Ring 11. Die Vakuumkammer wirkt in diesem Beispiel als Drehmomentsenke.

Claims

Anordnung mit einer Vakuumkammer (1), welche einen Kammerflansch (3) aufweist, und einer Vakuumpumpe (2), welche einen in einem Rotorgehäuse (5) angeordneten, schnelldrehenden Rotor und einen Pumpenflansch (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein drehmomentsicheres Sicherungsmittel aufweist, welches das Rotorgehäuse mit einer Drehmomentsenke verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehmomentsichere Sicherungsmittel einen das Rotorgehäuse umgebenden Ring (11) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ring (11) und Rotorgehäuse (5) einstückig ausgeführt sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zwischen Pumpenflansch (4) und Kammerflansch (3) angeordnetes Zwischenbauteil (12) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das drehmomentsichere Sicherungsmittel anstelle des Rotorgehäuses (5) das Zwischenbauteil (12) mit der Drehmomentsenke verbindet und die Flanschverbindung zwischen Vakuumpumpe und Zwischenbauteil drehmomentsicher ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drehmomentsichere Sicherungsmittel einen einstückig mit dem Zwischenbauteil (12) ausgeführten Ring (11') umfasst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (1) die Drehmomentsenke beinhaltet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsenke eine Tragstruktur (9) beinhaltet, welche die Vakuumkammer (1) trägt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (12) Mittel zum Sperren des Gasflusses zwischen seinen Verbindungsflanschen aufweist.