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Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe sowie ein Turbomolekularpumpen-System.
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Turbomolekularpumpen weisen mindestens eine in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist von einem Stator umgeben, der von dem Pumpengehäuse getragen ist. Ferner ist innerhalb des Pumpengehäuses eine Antriebseinrichtung wie ein Elektromotor angeordnet, der den mindestens einen Rotor antreibt. Üblicherweise ist die Antriebswelle zur Rotorachse axial angeordnet und insbesondere einstückig ausgebildet. Mit Turbomolekularpumpen können hohe Kompressionsverhältnisse erzielt werden. Turbomolekularpumpen weisen gegenüber der Einlassöffnung bzw. dem Einlassstutzen eine sehr kleine Auslassöffnung bzw. einen kleinen Einlassstutzen auf. Mit dem Auslassstutzen ist üblicherweise über eine Leitung eine Vorvakuumpumpe verbunden.
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Bei Vakuumpump-Anlagen werden häufig mehrere Turbomolekularpumpen in Verbindung mit anderen Pumpen insbesondere Vorvakuumpumpen eingesetzt. Hierbei besteht die Problematik, dass der Anschluss von Vorvakuumpumpen an den Auslassstutzen der Turbomolekularpumpe mit kleinem Durchmesser gegebenenfalls aufwändig ist. Dies führt insbesondere bei Pumpenanlagen häufig dazu, dass es erforderlich ist, kundenspezifische Lösungen insbesondere in Form von kundenspezifischen Pumpgehäusen zu konzipieren. Da es sich hierbei um Sonderkonstruktionen handelt, sind derartige Anlagen teuer. Ferner ist bei herkömmlichen Turbomolekularpumpen der Auslassstutzen bzw. die Auslassöffnung seitlich bzw. radial bezogen auf die Rotorachse angeordnet.
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Ferner besteht die Kundenforderung nach sehr spezifischen Multinlet-Pumpen. Hierbei handelt es sich um Pumpen, die zwischen dem Ein- oder Auslass mindestens einen Zwischeneinlass aufweisen. Es bestehen Kundenforderungen nach Multinlet-Pumpen von durchaus mehr als sechs Zwischeneinlässen. Auch hierfür ist es erforderlich, kundenspezifische Gehäuse zu konzipieren. Ein weiteres Problem bei Multinlet-Pumpen besteht darin, dass je nach gefördertem Medium Kundenforderungen bestehen, Zwischeneinlässe mit großem Querschnitt zu realisieren. Die Größe der Zwischeneinlässe ist jedoch hinsichtlich der Rotordynamik problematisch und daher begrenzt. Für Multinlet-Pumpen mit einem oder mehreren Zwischeneinlässen besteht daher ebenfalls häufig die Notwendigkeit, kundenspezifische Gehäuse zu konzipieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbomolekularpumpe sowie ein Turbomolekularpumpen-System zu schaffen, so dass kundenspezifische Anforderungen einfacher und kostengünstiger realisiert werden können.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Turbomolekularpumpe gemäß Anspruch 1 bzw. ein Turbomolekularpumpen-System gemäß Anspruch 7.
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Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe weist mindestens einen in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor sowie mindestens einen den Rotor umgebenden von dem Pumpengehäuse getragenen Stator auf. Ferner ist innerhalb des Pumpengehäuses eine Antriebseinrichtung wie ein Elektromotor angeordnet. Hierbei ist die Abtriebswelle der Antriebseinrichtung vorzugsweise koaxial zur Rotorachse angeordnet, insbesondere einstückig mit der Rotorachse ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Einlassöffnung sowie auch die Auslassöffnung axial zur Rotorachse angeordnet. Hierdurch ist ein einfacheres Anschließen einer Vorvakuumpumpe an die Auslassöffnung bzw. den Auslassstutzen möglich. Auch ist es möglich, beispielsweise durch Vorsehen eines Zwischenstücks mit entsprechenden Flanschabmessungen mehrere erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen hintereinander in Reihe anzuordnen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Auslassöffnung im Wesentlichen dieselbe Querschnittsfläche wie die Einlassöffnung auf. Besonders bevorzugt ist es, dass die Einlassöffnung und die Auslassöffnung identisch ausgebildet sind, d. h. auch dieselbe geometrische insbesondere runde Form aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist es somit besonders bevorzugt, dass der Einlassflansch und der Auslassflansch identisch ausgebildet sind. Hier ist es auf einfache Weise möglich, mehrere erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen hintereinander anzuordnen, wobei es sodann auf einfache Weise möglich ist, den Einlassflansch der nachgeordneten Turbomolekularpumpe mit dem Auslassflansch der vorgeordneten Turbomolekularpumpe unmittelbar zu verbinden. Zumindest sind die Flansche derart aufeinander abgestimmt, dass die Befestigungselemente wie Bolzenöffnungen in den Flanschen an denselben Orten angeordnet sind, so dass sich bei hintereinander angeordneten Turbomolekularpumpen die entsprechenden Befestigungselemente bzw. Bolzenöffnungen überdecken. Hierdurch ist eine einfache Montage möglich.
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Durch die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe ist es möglich, bei einem Turbomolekularpumpen-System mehrere Turbomolekularpumpen unmittelbar miteinander zu verbinden und/oder auf einfache Weise mit der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe weitere Pumpen des Pump-Systems, insbesondere Vorvakuumpumpen zu verbinden. Hierdurch können die Kosten eines derartigen Pumpen-Systems erheblich reduziert werden. Ferner ist es möglich, hierdurch auf Kundenanforderungen besser reagieren zu können, da eine hohe Variabilität besteht.
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Das Ausgestalten einer Auslassöffnung, die denselben Querschnitt und vorzugsweise dieselbe Form wie die Einlassöffnung aufweist, stellt hierbei eine, von der Lage der Einlassöffnung relativ zur Auslassöffnung unabhängige Erfindung dar. Die Kombination der Öffnungen mit dem im Wesentlichen selben Querschnitt und der Lage der Öffnung im Wesentlichen axial zur Rotorachse stellt jedoch eine bevorzugte Ausführungsform dar.
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Die Variabilität kann ferner dadurch verbessert werden, dass die Antriebseinrichtungen der einzelnen Turbomolekularpumpen oder auch andere in dem Pumpen-System angeordneter Pumpen gesondert voneinander gesteuert werden. Hierdurch ist es durch entsprechende Drehzahlanpassungen möglich, auf Grund des unabhängigen Antriebs der einzelnen Antriebseinrichtungen das Saugvermögen an die Anforderungen anzupassen. Ferner kann durch Verändern der Drehzahlen auf einfache Weise eine Anpassung an die geforderten Kompressionen erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Turbomolekularpumpe mehrere insbesondere zwei axial hintereinander in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnete Rotoren auf. Die Rotoren sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass zwischen zwei benachbarten Rotoren die Turbomolekularpumpe mindestens einer Antriebseinrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, in einem Turbomolekularpumpen-System Turbomolekularpumpen mit einem und Turbomolekularpumpen mit mehreren Rotoren miteinander zu kombinieren. Hierbei können diese in Reihe oder auch parallel zueinander angeordnet werden.
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Die Variabilität kann weiter verbessert werden, indem eine Variante der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe mindestens einen seitlich angeordneten Zwischeneinlass aufweist. Hierbei können wieder unterschiedliche Varianten der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpen in einem Turbomolekularpumpen-System miteinander kombiniert werden. Ferner ist es möglich, dass der Zwischeneinlass als verschließbarer Zwischeneinlass ausgebildet ist.
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Da die Antriebseinrichtung zu den Rotoren in Längsrichtung bzw. axial angeordnet ist, strömt das Medium in bevorzugter Ausführungsform seitlich an der Antriebseinrichtung vorbei. Hierzu ist zwischen der Antriebseinrichtung und dem Pumpengehäuse mindestens ein Strömungskanal angeordnet. Hierbei kann es sich um einen insbesondere kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Strömungskanal handeln. Ebenso ist es möglich, dass mehrere die Antriebseinrichtung umgebende Strömungskanäle vorgesehen sind. Hierdurch ist eine kompakte Bauweise der Turbomolekularpumpe realisiert.
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Das erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen-System weist zumindest mehrere, insbesondere mindestens zwei axial hintereinander angeordnete Turbomolekularpumpen auf. In einer bevorzugten Weiterbildung können auch über Verbindungselemente Turbomolekularpumpen parallel und/oder in Reihe angeordnet sein.
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Bei zwei in Reihe angeordneten Turbomolekularpumpen ist der einlassseitige Flansch der nachgeordneten Turbomolekularpumpe vorzugsweise unmittelbar mit dem auslassseitigen Flansch der vorgelagerten Turbomolekularpumpe verbunden. Hierbei ist es, wie vorstehend beschrieben, bevorzugt, dass der ein lassseitige Flansch und der auslassseitige Flansch identisch ausgebildet sind.
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Die Variabilität des Turbomolekularpumpen-Systems kann ferner dadurch verbessert werden, dass zwischen zwei Turbomolekularpumpen ein Zwischenelement, das insbesondere Rohrförmig ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Zwischenelement ist mit Flanschen versehen, die in bevorzugter Ausführungsform den Einlass- und Auslassflanschen der Turbomolekularpumpe identisch sind, sodass eine einfache Montage möglich ist. In dem Zwischenelement kann ein Zwischeneinlass vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass der Querschnitt des Zwischeneinlasses nicht durch die Rotordynamik beschränkt ist und insofern auch Zwischeneinlässe mit großem Querschnitt auf einfache Weise realisiert werden können.
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Bei einem Turbomolekularpumpen-System mit parallel zueinander angeordneten erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpen können die auslassseitigen Flansche über ein Verbindungselement zusammengeführt werden. Dieses T- oder Y-förmige Verbindungselement kann sodann mit einem Auslassflansch versehen sein, der wiederum zu den Flanschen der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe übereinstimmende Abmessungen aufweist.
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Die einzelnen Antriebseinrichtungen der Turbomolekularpumpen des Turbomolekularpumpen-Systems sind vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung verbunden. Mit Hilfe der Steuereinrichtung können die einzelnen Antriebseinrichtungen individuell angesteuert werden und somit unterschiedliche Rotordrehzahlen realisiert werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, eine Anpassung des Pumpen-Systems und das geforderte Saugvermögen oder die geforderte Kompression vorzunehmen.
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Das erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen-System kann neben den erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpen auch andere Turbomolekularpumpen sowie andere Pumpenarten aufweisen. Zum Anschluss sind gegebenenfalls Zwischenstücke vorgesehen, um ein Verbinden der Ein- und Auslassflansche miteinander zu realisieren.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe sowie das erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen-Systems weist ferner den Vorteil auf, dass Turbomolekularpumpen verwendet werden können, die relativ kurze Rotoren aufweisen. Hierdurch sind die bei langen Rotoren auftretenden Probleme vermieden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe mit einem Rotor,
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2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe mit zwei Rotoren,
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3 eine weitere Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe in Schnittansicht, die zusätzlich einen Zwischeneinlass aufweist,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Turbomolekularpumpen-Systems mit mehreren hintereinander angeordneten Turbomolekularpumpen gem. 1,
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5 eine schematische Schnittansicht eines Turbomolekularpumpen-Systems wobei zwischen zwei in Reihe geschalteten Turbomolekularpumpen gem. 1 ein Zwischenelement mit Zwischeneinlass vorgesehen ist,
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6 eine schematische Schnittansicht eines Turbomolekularpumpen-Systems, bei dem zwei Turbomolekularpumpen gem. 3 in Reihe angeordnet sind und
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7 eine Schnittansicht des im Wesentlichen dem Turbomolekularpumpen-Systems aus 6 entsprechenden Turbomolekularpumpen-Systems wobei zusätzlich ein Zwischenelement mit Zwischeneinlass vorgesehen ist.
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Die Grundform der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe (1) weist in einem Pumpengehäuse 10 einen Rotor 12 auf. Der Rotor 12 ist von einem Stator 14 umgeben. Der Stator 14 wird von dem Pumpengehäuse 10 getragen. Der Rotor 12 wird von einer Antriebseinrichtung 16 angetrieben, wobei eine Welle 18 der Antriebseinrichtung 16 einstückig mit der Rotorwelle 20 ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung 16 ist beispielsweise über ein sternförmiges Halteteil 22 in dem Pumpengehäuse gehalten. Das Halteteil 22 weist mindestens eine Durchgangsöffnung 24 auf, durch die, wie durch den Pfeil 26 dargestellt, Medium strömt. Das von dem Rotor 12 geförderte Medium strömt somit durch die Strömungskanäle 24, die die Antriebseinrichtung 16 umgeben, seitlich an der Antriebseinrichtung 16 vorbei.
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Ferner weist das Pumpengehäuse 10 eine Einlassöffnung 28 auf, die von einem Einlassflansch 30 ausgebildet ist. Ferner weist die Turbomolekularpumpe eine zur Einlassöffnung 28 axial angeordnete Auslassöffnung 32 auf, die von einem Auslassflansch 34 gebildet ist. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Flansche 30, 34 identisch ausgebildet.
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Bei den nachfolgend, anhand der 2–7 bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind ähnliche und identische Bauteile mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe weist einen zweiten Rotor 12 auf, der identisch ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung 16 ist zwischen den beiden Rotoren 12 angeordnet und treibt die beiden Rotoren 12 über eine gemeinsame Welle 36 an. Die übrigen Bauteile sind identisch zu der in 1 dargestellten Ausführungsform. Insbesondere ist der Einlassflansch 30 identisch zum Auslassflansch 34 ausgebildet.
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In 3 ist eine Weiterbildung der in 2 dargestellten Ausführungsform dargestellt. Zusätzlich zu den in 2 dargestellten Bauteilen ist in dem Gehäuse 10 ein Zwischeneinlass 38 vorgesehen. Der Zwischeneinlass 38 ist in Förderrichtung 40 zwischen der Antriebseinrichtung 16 und dem zweiten bzw. nachgeordneten Rotor 12 angeordnet. Die Flansche 30, 34 sind wiederum identisch ausgebildet.
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In 4 ist ein mögliches erfindungsgemäßes Turbomolekularpumpen-System dargestellt. Hierbei sind drei Turbomolekularpumpen gem. dem Ausführungsbeispiel von 1 hintereinander angeordnet. Bei aufeinander folgenden Pumpen ist somit der Auslassflansch 34 mit dem entsprechenden Einlassflansch 30 der nachgeordneten Pumpe verbunden. Dies ist erfindungsgemäß auf einfache Weise möglich, da die Flansche 30, 34 identisch ausgebildet sind.
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Selbstverständlich ist es auch möglich in einem Turbomolekularpumpen-System unterschiedliche insbesondere erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen, wie sie in den 1–3 dargestellt sind, miteinander zu kombinieren. Auch ist es möglich, mehrere entsprechende Turbomolekularpumpen parallel zueinander anzuordnen und über Verbindungselemente miteinander zu verbinden.
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Eine weitere besondere Ausführungsform ist in 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind zwei Turbomolekularpumpen gemäß 1 hintereinander angeordnet, wobei jedoch die Flansche der Pumpen nicht unmittelbar miteinander, sondern über ein Zwischenelement 40 miteinander verbunden sind. Das Zwischenelement 40 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet und weist ebenfalls einen Einlassflansch 30 sowie einen Auslassflansch 34 auf. Diese können somit auf einfache Weise jeweils mit den benachbarten Flanschen 30, 34 verbunden werden. Zusätzlich weist das Zwischenelement 42 einen Zwischeneinlass 44 auf.
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Da bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform der Zwischeneinlass 44 in dem Zwischenelement 42 angeordnet ist, wird hierdurch die Rotordynamik nicht beeinträchtigt. Ferner kann auf einfache Weise der Querschnitt des Zwischeneinlasses 44 an die kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden. Hierdurch ist es lediglich notwendig das Zwischenelement 42 auszutauschen und durch ein beispielsweise längeres zylindrisches Element mit entsprechend größerem Zwischeneinlass zu ersetzen. Auch können unterschiedliche Zwischenelemente 42 entsprechend einem Baukastensystem vorgesehen sein, die unterschiedliche Längen und/oder in Umfangsrichtung unterschiedliche Zusatzöffnungen aufweisen.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform sind zwei Turbomolekularpumpen, wie in 3 dargestellt, hintereinander angeordnet. Auch diese Ausführungsform ist selbstverständlich mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar. Insbesondere ist es möglich, zwischen den beiden Turbomolekularpumpen, entsprechend dem Ausführungsbeispiel gem. 6, ein Zwischenelement 42 vorzusehen, das einen weiteren Zwischeneinlass 44 aufweist (7). Ein derartig aufgebautes Pumpensystem weist somit drei Zwischeneinlässe 38, 44, 38 auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Pumpensystem handelt es sich in bevorzugter Ausführungsform um ein Baukastensystem mit mehreren unterschiedlichen Turbomolekularpumpen mit mehreren unterschiedlichen Zwischenelementen. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Zwischenelement 42 können auch Y- oder T-förmige Zwischenelemente vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, parallel zueinander angeordnete Turbomolekularpumpen zu einem Strang zusammenzufassen. Zusätzlich kann das Pumpensystem auch andere Pumpentypen wie Drehschieberpumpen etc. aufweisen. Aufgrund des erfindungsgemäß bevorzugten modularen Aufbaus des Turbomolekularpumpen-Systems kann dieses auf einfache Weise an spezifische Kundenanforderungen angepasst werden. Die Konstruktion speziell ausgebildeter Pumpengehäuse ist nicht erforderlich.
