DE102013103650A1

DE102013103650A1 - Vakuumsystem

Info

Publication number: DE102013103650A1
Application number: DE201310103650
Authority: DE
Inventors: Tobias Stoll; Robert Watz; Michael Schweighöfer
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16
Also published as: JP2014206160A; EP2789889A1; JP5902740B2; US20140306407A1; CN104100715A; EP2789889B1; CN104100715B; US9995309B2

Abstract

Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen ist, wobei zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung vorgesehen sind/ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten.
Aus dem Stand der Technik ( DE 24 16 808 A1 ) ist ein Dichtungselement für Vakuumzwecke bekannt. Dieses Dichtungselement besteht aus Metall, da Dichtungselemente, die aus einem elastomeren Material bestehen, nicht hitzebeständig sind und deshalb bei hohen Temperaturen nicht einsetzbar sind. Insbesondere, wenn der Rezipient ausgeheizt wird, sind Elastomerdichtungen nicht einsetzbar, da diese Dichtungen ausgasen und damit das Vakuum "verunreinigen". Zusätzlich tritt bei Elastomerdichtungen häufig eine Permeation auf, das heißt, dass Gase durch die Elastomerdichtung hindurchwandern.
Die zum Stand der Technik gehörenden Metalldichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie in der Regel nur einmal oder allenfalls einige Male verwendet werden können, da Metall den Vorteil der Elastomerdichtungen, nämlich den der elastischen Verformbarkeit, nicht aufweist. Nach jeder stärkeren Verformung muss deshalb ein neues Dichtungselement verwendet werden. Da die Metalldichtringe häufig aus kostspieligen Materialien (Kupfer, Indium, Gold oder dergleichen) bestehen, ist der Aufwand für Metalldichtungen relativ groß.
Gemäß dem Stand der Technik ( DE 24 16 808 A1 ) ist deshalb vorgeschlagen, einen Dichtring aus Metall auszubilden und den Zentrierring als Federring mit einem Radialspalt. Auch diese Ausführungsform ist sehr aufwendig und damit sehr kostspielig.
Aus der Praxis sind UHV-Flansche bekannt (Ultrahochvakuum). Diese Flansche weisen Schneidkanten und beispielsweise Kupferdichtungen auf. Zwischen zwei Flansche wird ein Kupferring gelegt. Die konzentrisch umlaufenden Schneidkanten der Flansche dringen in das Kupfer ein und bilden eine metallische Abdichtung, die sich durch eine extrem niedrige Leck- und Permeationsrate sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Diese Flansche werden auch Conflat – Flansche (eingetragene Marke der Agilent Technologies Inc., USA) oder CF-Flansche genannt. Auch diese Flansche weisen den Nachteil auf, dass sie mit Schneidkanten und Metalldichtungen arbeiten. Ein mehrmaliger Einsatz der Metalldichtungen ist wegen der dauerhaften Verformung derselben nach einem Einsatz nicht mehr möglich.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Vakuumsystem anzugeben, bei dem insbesondere im Hochvakuumansaugbereich sehr niedrige Drücke dauerhaft erreicht werden unter Verwendung einer Elastomerdichtung.
Dieses technische Problem wird durch ein Vakuumsystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung vorgesehen sind/ist.
An den Dichtstellen kommt auf der Atmosphärenseite wenigstens eine Elastomerdichtung zum Einsatz. Diese ist vorteilhaft als O-Ring ausgebildet. Zwischen der Elastomerdichtung und dem beispielsweise UHV-Port (Ultrahochvakuumanschluss) kommt als zweites Dichtelement wenigstens eine Spaltdichtung zum Einsatz. Die Flächen des Rezipienten (Kammer) und eine Fläche des Pumpengehäuses werden aufeinandergedrückt. Die Ebenheit und Oberflächengüte spielen dabei eine besondere Rolle. Der entstehende Spalt soll im Idealfall gegen Null gehen.
Zwischen Elastomerdichtung und Spaltdichtung entsteht aufgrund von Ausgasungs- und Diffusionsvorgängen eine Gaslast, die den Druck im UHV-Bereich anhebt. Diese Druckanhebung verhindert eventuell das dauerhafte Erreichen des Zieldruckes.
Um das zu verhindern, kommt zwischen Elastomer- und Spaltdichtung erfindungsgemäß eine Absaugung zum Einsatz. Damit diese effektiv genutzt werden kann, muss der Leitwert möglichst groß sein. Zur Realisierung großer Leitwerte ist vorteilhaft eine Freifräsung und/oder Freidrehung als Absaugkanal eingebracht. Dieser Kanal wird vorteilhaft mit einer Zwischenstufe höheren Druckes (bezogen auf den UHV-Bereich) verbunden. Nur durch eine effektive Absaugung ist gewährleistet, dass der UHV-Druck stabil bleibt. Je größer der Absaugkanal ausgeführt wird, um so kürzer wird platzbedingt die Spaltdichtung. Es kann daher sinnvoll sein, den Absaugkanal an mehreren Stellen zu evakuieren, um den Absaugkanal so in kurze Abschnitte mit guten Leitwerten aufzuteilen. Es kommt dann zum Beispiel ein zweiter Absaugkanal zur Absaugung zum Einsatz, der die Länge des Dichtspaltes nicht beeinflusst, da er auf einer anderen Ebene liegen kann.
Der Absaugkanal kann einen oder mehrere Ausgänge zum Evakuieren aufweisen. Ziel ist es, möglichst gute Leitwerte zu erreichen. Die Ausführung des Absaugkanals mit einem oder mehreren Ausgängen richtet sich nach der Optimierung der Leitwerte.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Abdichtung lässt sich sowohl bei rechteckigen wie auch runden Geometrien einsetzen. Gleichermaßen kann dieses Prinzip in der Ebene wie auch auf zylindrischen oder dreidimensionalen Strukturen eingesetzt werden.
Innerhalb der erfindungsgemäßen Dichtungskonfiguration kann ein oder es können mehrere Vakuumanschlüsse (Ports) angeordnet sein, die beispielsweise auch auf unterschiedlichem Druckniveau liegen können.
Die Absaugung zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung kann in einen Vakuumanschluss innerhalb oder außerhalb der erfindungsgemäßen Dichtungskonfiguration führen.
Außerhalb der erfindungsgemäßen Dichtungskonfiguration können noch weitere Vakuumanschlüsse platziert werden.
Sämtliche Vakuumanschlüsse der Pumpe können auf einer Ebene liegen. Es ist aber auch eine Verteilung auf mehrere Ebenen möglich.
Das erfindungsgemäße Dichtungsprinzip lässt sich auf Flansche wie auf beliebige Anbauteile oder Einbauteile anwenden.
Die benötigten Konturen können im Gehäuse der Vakuumpumpe oder im Gegenstück untergebracht sein.
Die Absaugung kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses vorgenommen werden. Die Absaugung kann außerhalb, zum Beispiel durch Schläuche oder Rohre durch die Kammer oder andere geeignete Anbauteile in eine Zwischenstufe geführt werden.
Das Dichtungsprinzip ist nicht auf den UHV-Vakuumanschluss und Anbauteile am Gehäuse beschränkt. Auch die Kammer, das heißt der Rezipient, kann an verschiedenen Stellen nach diesem Prinzip gedichtet werden. Die Absaugung kann dann auch wieder über Rohre innerhalb der Kammer oder auch innerhalb des Pumpengehäuses oder ähnlichem zu einer geeigneten Zwischenstufe geführt werden.
Anstelle eines Zwischenstufenanschlusses ist auch eine andere Drucksenke zur Absaugung denkbar. So kann zum Beispiel auch eine weitere Vakuumpumpe zum Einsatz kommen. Das kann zum Beispiel Sinn machen, wenn an einem Mehrkammersystem mehr als eine Pumpe zum Einsatz kommt.
Die Flansche wie auch das Pumpengehäuse können aus Edelstahl wie auch aus einem weicheren Metall, wie zum Beispiel Aluminium, bestehen. Die Flanschpartner und das Dichtungselement können bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform mehrfach verwendet werden, was bei üblichen Schneidringdichtungen nicht der Fall ist.
Das erfindungsgemäße Vakuumsystem weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass beim Stand der Technik im UHV-Bereich Metalldichtungen eingesetzt werden. In der Regel werden diese in Verbindung mit Edelstahlgehäusen und -kammern eingesetzt. Die Metalldichtung besteht dann in der Regel aus einem weicheren Material, so dass die Dichtung durch ein Umformen der Metalldichtung am festeren Edelstahl entsteht. Diese Dichtungselemente sind im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Lösung in der Regel nur einmal zu verwenden.
Es werden große Presskräfte beim Stand der Technik benötigt, um die Verformung des Dichtelementes zu erreichen. Dies hat zur Folge, dass die Flansche eine Mindestfestigkeit und eine hohe Anzahl von Befestigungselementen aufweisen müssen. Das erfindungsgemäße Dichtungskonzept ermöglicht dagegen den Einsatz von filigranen Flanschgeometrien, da die Presskraft der Flanschpartner sehr viel geringer ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Vakuumsystems nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vakuumpumpe in perspektivischer Ansicht mit Vakuumanschluss;
2 einen Längsschnitt durch die Vakuumpumpe gemäß 1;
3 ein geändertes Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht;
4 einen Längsschnitt durch die Vakuumpumpe gemäß 3;
5 ein geändertes Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht.
Die 1 und 2 zeigen eine Vakuumpumpe 1 mit Vakuumanschlüssen 2, 3, 4, 5 für einen Rezipienten (nicht dargestellt).
Der Vakuumanschluss 2 weist zur Atmosphärenseite hin eine Elastomerdichtung 6 auf. Zur Vakuumseite ist eine Spaltdichtung 7 vorgesehen. Da insbesondere beim Ausheizen des Rezipienten (nicht dargestellt) die Elastomerdichtung 6 ausgasen kann, ist ein Absaugkanal 8 vorgesehen, der über Absaugöffnungen 9 abgesaugt wird. Auch der Vakuumanschluss 5 weist eine Elastomerdichtung 10 sowie eine Absaugöffnung 11 auf, die am Gehäuseeinsatz 12 angeordnet ist.
Die Absaugöffnung 9 wird in eine Zwischenstufe 13 evakuiert.
In der Vakuumpumpe 1 sind rotierende Schaufelräder 14, 15, 16 angeordnet.
Die 3 und 4 zeigen eine Vakuumpumpe 1 mit den Vakuumanschlüssen 2, 3, 4, 5. Der Vakuumanschluss 2 weist eine Elastomerdichtung 6 sowie eine Spaltdichtung 7 auf. Zwischen der Elastomerdichtung 6 und der Spaltdichtung 7 ist ein Absaugkanal 8 angeordnet, in dem Zwischenabsaugungen 17 angeordnet sind. In dem Vakuumanschluss 5 ist wiederum eine Absaugöffnung 11 angeordnet. Wie in 4 dargestellt, führen die Zwischenabsaugungen 17 in eine Durchführungsbohrung 18, die zur Zwischenstufe 3 geführt ist. Von einer Dichtungsanordnung des Vakuumanschlusses 5 führt eine Verbindung 19 zu der Durchführungsbohrung 18, so dass der Vakuumanschluss 5 über die Absaugöffnung 11 ebenfalls über die Durchführungsbohrung 18 evakuiert wird.
5 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Vakuumpumpe 1, die einen Vakuumanschluss 2 aufweist, der zur Atmosphärenseite hin mit einer Elastomerdichtung 6 und zur Vakuumseite mit einer Spaltdichtung 7 gedichtet ist. Zwischen der Elastomerdichtung 6 und der Spaltdichtung 7 ist ein Absaugkanal 8 vorgesehen. Über Absaugöffnungen 9, die zu einer Durchführungsbohrung (nicht dargestellt) einer Dichtungsanordnung des Vakuumanschlusses 5 führen, der über eine Absaugöffnung 11 abgesaugt wird, erfolgt die Evakuierung des Absaugkanales 8.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumpumpe
2: Vakuumanschluss
3: Vakuumanschluss
4: Vakuumanschluss
5: Vakuumanschluss
6: Elastomerdichtung
7: Spaltdichtung
8: Absaugkanal
9: Absaugöffnung
10: Elastomerdichtung
11: Absaugöffnung
12: Gehäuseeinsatz
13: Zwischenstufe
14: Schaufelräder
15: Schaufelräder
16: Schaufelräder
17: Zwischenabsaugungen
18: Durchführungsbohrung
19: Verbindungskanal zum Sammelkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2416808 A1 [0002, 0004]

Claims

Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elastomerdichtung (6) und der Spaltdichtung (7) wenigstens ein Absaugkanal (8) und/oder wenigstens eine Absaugöffnung (9, 11, 17) vorgesehen sind/ist.
Vakuumsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Absaugkanal (8) mehrere mit einer Durchführungsbohrung (18) in Verbindung stehende Absaugöffnungen (17) vorgesehen sind.
Vakuumsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (6) als O-Ring-Dichtung ausgebildet ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (8) als Freidrehung und/oder als Freifräsung ausgebildet ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (8) einen oder mehrere Ausgänge (9, 17) zum Evakuieren aufweist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Elastomerdichtung (6) und der Spaltdichtung (7) ein oder mehrere Vakuumanschlüsse (2) des wenigstens einen Rezipienten angeordnet sind.
Vakuumsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Vakuumanschlüsse (2, 3, 4, 5) auf einem unterschiedlichen Druckniveau liegen.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung zwischen der Elastomerdichtung (6) und der Spaltdichtung (7) in einen Vakuumanschluss (3) innerhalb oder außerhalb der Dichtungen (6, 7) geführt ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Elastomerdichtung (6) und der Spaltdichtung (7) wenigstens ein weiterer Vakuumanschluss (3, 4) angeordnet ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumanschlüsse (2, 3, 4, 5) in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sind.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (6) und die Spaltdichtung (7) in einem Flansch, einem Anbauteil und/oder einem Einbauteil des Vakuumsystems angeordnet sind.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung innerhalb oder außerhalb eines Gehäuses des Vakuumsystems angeordnet ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (6) und die Spaltdichtung (7) zur Abdichtung eines Ultrahochvakuumanschlusses (UHV-Port) vorgesehen sind.
Vakuumsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absaugung des Absaugkanales (8) und/oder der Absaugöffnung (9, 11, 17) eine zusätzliche Vakuumpumpe vorgesehen ist.
Vakuumsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche aus Edelstahl oder Aluminium gebildet sind.