DE102014101257A1

DE102014101257A1 - vacuum pump

Info

Publication number: DE102014101257A1
Application number: DE102014101257.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Stoll; Thorsten Burggraf; Jürgen Keller; Jan Hofmann
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-08-06
Also published as: EP2902637B1; EP2902637A2; EP2902637A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit wenigstens einer Holweckpumpstufe mit wenigstens einem Holweckstator und wenigstens einem Holweckrotor, bei der in dem Holweckstator der wenigstens einen Holweckpumpstufe wenigstens ein Gaseinlass vorgesehen ist.The invention relates to a vacuum pump having at least one Holweckpumpstufe with at least one Holweckstator and at least one Holweckrotor, wherein in the Holweckstator the at least one Holweckpumpstufe at least one gas inlet is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit wenigstens einer Holweckpumpstufe mit wenigstens einem Holweckstator und wenigstens einem Holweckrotor.The invention relates to a vacuum pump with at least one Holweckpumpstufe with at least one Holweckstator and at least one Holweckrotor.

Zum Stand der Technik ( EP 1 668 255 B1 ) gehört eine Vakuumpumpe, die zwei Turbomolekularpumpstufen und eine Holweckpumpstufe aufweist und zur Evakuierung von Kammern eines Massenspektrometers eingesetzt wird.The prior art ( EP 1 668 255 B1 ) includes a vacuum pump, which has two turbomolecular pumping stages and a Holweckpumpstufe and is used for the evacuation of chambers of a mass spectrometer.

Bei dieser zum Stand der Technik gehörenden Vakuumpumpe ist vor dem Holweckstator ein Einlass aus einer zu evakuierenden Kammer vorgesehen und das einströmende Gas wird vollständig durch die Holweckpumpstufe geleitet.In this prior art vacuum pump, an inlet is provided in front of the Holweckstator from a chamber to be evacuated and the incoming gas is passed completely through the Holweckpumpstufe.

Diese zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe weist den Nachteil auf, dass die hohe Gaslast einen hohen Druck erzeugt, der durch Gasreibung bedingt zu einer sehr hohen Leistungsaufnahme und hohen Temperaturen führt.This belonging to the prior art vacuum pump has the disadvantage that the high gas load generates a high pressure, which leads due to gas friction to a very high power consumption and high temperatures.

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, die Gaslast zu pumpen, jedoch mit reduzierter Leistungsaufnahme.The technical problem underlying the invention is to pump the gas load, but with reduced power consumption.

Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.This technical problem is solved by a vacuum pump having the features according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit wenigstens einer Holweckpumpstufe mit wenigstens einem Holweckstator und wenigstens einem Holweckrotor zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Holweckstator der wenigstens einen Holweckpumpstufe wenigstens ein Gaseinlass vorgesehen ist.The vacuum pump according to the invention with at least one Holweckpumpstufe with at least one Holweckstator and at least one Holweckrotor is characterized in that at least one gas inlet is provided in the Holweckstator the at least one Holweckpumpstufe.

Diese erfindungsgemäße Ausführung einer Vakuumpumpe weist den Vorteil auf, dass die Holweckstufe, die eine axiale Baulänge aufweist, es ermöglicht, einen oder mehrere Anzapfungen (Interstageports) in axialer Länge zu verteilen. Dies hat den Vorteil, dass die hohe Gaslast der entsprechenden Kammer, die dem Einlass zugeordnet ist, nicht komplett durch eine Anzapfung der Holweckstufe strömt, sondern sich aufteilt, so dass ein Teil des Gasstromes einen kürzeren Weg durch die Holweckstufe nimmt. Hierdurch reduziert sich die Gasreibung und besonders die Leistungsaufnahme und die Temperatur.This embodiment of a vacuum pump according to the invention has the advantage that the Holweck stage, which has an axial length, makes it possible to distribute one or more taps (Interstage ports) in axial length. This has the advantage that the high gas load of the corresponding chamber, which is associated with the inlet, does not flow completely through a tapping of the Holweck stage, but divides itself, so that a part of the gas stream takes a shorter path through the Holweck stage. This reduces the gas friction and especially the power consumption and the temperature.

Es ist vorteilhaft, wenigstens einen Gaseinlass in dem Holweckstator vorzusehen. Hierdurch wird schon erreicht, dass die hohe Gaslast nicht komplett durch die gesamte Holweckstufe strömt.It is advantageous to provide at least one gas inlet in the Holweckstator. This already ensures that the high gas load does not flow completely through the entire Holweckstufe.

Vorteilhaft ist es, wenigstens zwei Einlässe in axialer Richtung des Holweckstators vorzusehen, da hierdurch eine bessere Aufteilung erzielt werden kann.It is advantageous to provide at least two inlets in the axial direction of the Holweckstators, as a result, a better division can be achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in tangentialer Richtung des Holweckstators wenigstens zwei Einlässe vorgesehen.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least two inlets are provided in the tangential direction of the Holweckstators.

Das bedeutet, dass in axialer Richtung des Holweckstators wenigstens ein Gaseinlass vorgesehen ist. Die Gaseinlässe in axialer Richtung, die auf ein und demselben Druckniveau angeordnet sind, können sich jedoch auf mehrere Einlässe verteilen, die vorteilhaft tangentialsymmetrisch im Holweckstator angeordnet sind. Sie können jedoch auch asymmetrisch, bezogen auf den radialen Umfang angeordnet sein.This means that at least one gas inlet is provided in the axial direction of the Holweckstators. The gas inlets in the axial direction, which are arranged at one and the same pressure level, but can be distributed over several inlets, which are advantageously arranged tangentially symmetrical in Holweckstator. However, they can also be arranged asymmetrically with respect to the radial circumference.

Der wenigstens eine Einlass kann als Bohrung und/oder Langloch und/oder Schlitz ausgebildet sein. Diese Ausführungsformen können den kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden. Damit ist jede beliebige Geometrie möglich.The at least one inlet may be formed as a bore and / or slot and / or slot. These embodiments can be adapted to customer-specific requirements. This makes any geometry possible.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Einlässe gleiche oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen.A further embodiment of the invention provides that the inlets have the same or different cross sections.

Vorteilhaft weisen die Einlässe unterschiedliche Querschnitte auf, da hierdurch eine optimierte Pumpwirkung eingestellt werden kann.Advantageously, the inlets have different cross sections, as a result, an optimized pumping action can be adjusted.

Im Hochvakuumbereich sind die Öffnungen der Einlässe vorteilhaft größer als die Öffnungen im Vorvakuumbereich.In the high vacuum range, the openings of the inlets are advantageously larger than the openings in the fore-vacuum area.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jeder Einlass mit lediglich einer zu evakuierenden Kammer verbunden.According to a further advantageous embodiment of the invention, each inlet is connected to only one chamber to be evacuated.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass mehrere Einlässe mit lediglich einer zu evakuierenden Kammer verbunden sind. Vorteilhaft ist auch, dass mit mehreren Anzapfungen ein niedrigerer Druck in der Kammer erreicht wird. Durch unterschiedliche Einlassgeometrien kann daher auch ein vom Anwender gewünschtes Druckprofil in der Kammer erreicht werden.However, there is also the possibility that several inlets are connected to only one chamber to be evacuated. It is also advantageous that with a plurality of taps a lower pressure in the chamber is achieved. By different inlet geometries, therefore, a user-desired pressure profile in the chamber can be achieved.

Die Anordnung von wenigstens einem Einlass im Bereich des Holweckstators hat den Vorteil, dass neben den Einlässen weitere Verdichtungsstufen vorhanden sind, was sich, wie schon ausgeführt, positiv auf die Gasreibung sowie die Leistungsaufnahme und die Temperatur auswirkt.The arrangement of at least one inlet in the region of the Holweckstators has the advantage that in addition to the inlets further compression stages are present, which, as already stated, has a positive effect on the gas friction and the power consumption and temperature.

Durch einen zweiten Einlass wird also die Gasreibung in der Holweckstufe vermindert. Diese Verminderung kann auch dazu genutzt werden, wiederum eine höhere Gaslast zu pumpen, um die gleiche Gasreibung wie im Stand der Technik zu erreichen.By a second inlet so the gas friction is reduced in the Holweckstufe. These Reduction can also be used to pump a higher gas load again to achieve the same gas friction as in the prior art.

In der Vakuumpumpe ist vorteilhaft wenigstens eine zusätzliche Turbomolekularpumpstufe vorgesehen.In the vacuum pump, at least one additional turbomolecular pump stage is advantageously provided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in dem Holweckstator wenigstens zwei Einlässe angeordnet und der Einlass, der in axialer Richtung der Vakuumpumpe naher an der Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist, ist als ein im Bereich molekularer Strömung angeordneter Einlass ausgebildet.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least two inlets are arranged in the Holweckstator and the inlet, which is arranged in the axial direction of the vacuum pump nearer to the turbomolecular pumping stage, is designed as an inlet arranged in the region of molecular flow.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in dem Holweckstator wenigstens zwei Einlässe angeordnet und der Einlass, der in axialer Richtung der Vakuumpumpe weiter entfernt von der Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist, ist vorteilhaft als ein im Bereich der Knudsen-Strömung angeordneter Einlass ausgebildet.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least two inlets are arranged in the Holweckstator and the inlet, which is arranged in the axial direction of the vacuum pump further away from the turbomolecular pumping stage, is advantageously designed as an arranged in the region of the Knudsen flow inlet.

Der Übergang von der viskosen Strömung zur molekularen Strömung wird Knudsen-Strömung genannt. Die Knudsen-Strömung herrscht im Feinvakuumbereich von 0,1 Pascal bis 100 Pascal.The transition from the viscous flow to the molecular flow is called Knudsen flow. The Knudsen flow prevails in the fine vacuum range from 0.1 Pascal to 100 Pascal.

Liegt die Knudsen-Zahl zwischen 0,01 und 0,5 spricht man von Knudsen-Strömung. Da viele Prozessdrücke im Feinvakuumbereich liegen, ist diese Strömungsart in technischen Vakuumanwendungen entsprechend häufig vertreten.If the Knudsen number between 0.01 and 0.5 one speaks of Knudsen flow. Since many process pressures are in the fine vacuum range, this type of flow is correspondingly frequently represented in technical vacuum applications.

Bei Knudsen-Zahlen größer als 0,5 findet eine Wechselwirkung der Teilchen untereinander praktisch nicht mehr statt. Es herrscht Molekularströmung. Die mittlere freie Weglänge ist deutlich größer als die Weite des Strömungskanals. In diesem Fall entspricht die Weite des Strömungskanal typischerweise dem Querschnitt des Einlasses.With Knudsen numbers greater than 0.5, an interaction of the particles with each other practically no longer takes place. There is molecular flow. The mean free path is significantly larger than the width of the flow channel. In this case, the width of the flow channel typically corresponds to the cross section of the inlet.

Die molekulare Strömung herrscht im Gegensatz zur viskosen Strömung vor, wenn die mittlere freie Weglänge der Gasteilchen deutlich größer ist als der Durchmesser der Strömung, das heißt, wenn die Knudsen-Zahl deutlich größer als 1 ist. Die molekulare Strömung ist im Hochvakuumbereich (10^–3 bis 10^–7 hPa) und Ultrahochvakuumbereich (kleiner 10^–7 hPa) vorherrschend.The molecular flow prevails in contrast to the viscous flow, when the mean free path of the gas particles is significantly larger than the diameter of the flow, that is, when the Knudsen number is significantly greater than 1. The molecular flow is predominant in the high vacuum range (10 ^-3 to 10 ^-7 hPa) and ultrahigh vacuum range (smaller 10 ^-7 hPa).

Die Knudsenzahl K_n ist das Verhältnis von mittlerer freier Weglänge (Ī) und dem Durchmesser (d) eines Strömungskanals: K_n = Ī / d. The Knudsen number K _n is the ratio of the mean free path (Ī) and the diameter (d) of a flow channel: K _n = Ī / d.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Einlässe in Richtung des Holweckrotors sich verjüngend ausgebildet. Durch diese in radialer Richtung vorhandene Verjüngung der Einlässe erhält man eine Optimierung der Einlaufströmung, wodurch sich die Leistung der Pumpstufe deutlich verbessert.According to an advantageous embodiment of the invention, the inlets are tapered in the direction of the Holweckrotors. By means of this tapering of the inlets existing in the radial direction, an optimization of the inlet flow is obtained, as a result of which the power of the pumping stage is significantly improved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Holweckstator Kanäle auf und der wenigstens eine Einlass ist im Bereich eines Kanalgrundes angeordnet. Hierdurch bleibt die pumpaktive Struktur des Holweckstators erhalten, obwohl ein Einlass im Bereich des Holweckstators vorgesehen ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the Holweckstator on channels and the at least one inlet is arranged in the region of a channel bottom. As a result, the pump-active structure of the Holweckstators is maintained, although an inlet is provided in the region of Holweckstators.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Einlass ausschließlich in einem Kanalgrund angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Kanäle des Holweckstators nicht verändert werden und hierdurch eine optimale Pumpwirkung erzielt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, the at least one inlet is arranged exclusively in a channel bottom. This ensures that the channels of the Holweckstators are not changed and thereby an optimal pumping action is achieved.

Aus diesem Grunde ist es auch vorteilhaft, sämtliche Einlässe im Bereich eines Kanalgrundes anzuordnen.For this reason, it is also advantageous to arrange all the inlets in the region of a channel bottom.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the accompanying drawings, in which several embodiments of a vacuum pump according to the invention are shown by way of example only. In the drawing show:

1 einen Längsschnitt durch eine Vakuumpumpe mit Holweckpumpstufe; 1 a longitudinal section through a vacuum pump with Holweckpumpstufe;

2 eine Prinzipdarstellung einer Vakuumpumpe im Längsschnitt; 2 a schematic diagram of a vacuum pump in longitudinal section;

3 ein geändertes Ausführungsbeispiel; 3 a modified embodiment;

4 einen Längsschnitt durch einen Holweckstator; 4 a longitudinal section through a Holweckstator;

5 einen Querschnitt durch einen Holweckstator, 5 a cross section through a Holweckstator,

6 ein Berechnungsbeispiel einer zum Stand der Technik gehörenden Holweckpumpstufe; 6 a calculation example of a Holweckpumpstufe belonging to the prior art;

7 ein Berechnungsbeispiel für eine Holweckpumpstufe gemäß der Erfindung. 7 a calculation example for Holweckpumpstufe according to the invention.

In 1 ist eine Vakuumpumpe 1 und ein Kammersystem 2 dargestellt. In einem Kammergehäuse 2 sind eine Vorvakuumkammer 4 und eine Hochvakuumkammer 12 vorgesehen, welche über eine Hochvakuumblende 22 miteinander verbunden sind. Durch eine Vorvakuumblende 14 kann beispielsweise ein Teilchenstrahl in die Vorvakuumkammer 4 gelangen.In 1 is a vacuum pump 1 and a chamber system 2 shown. In a chamber housing 2 are a fore-vacuum chamber 4 and a high vacuum chamber 12 provided, which via a high-vacuum panel 22 connected to each other. Through a pre-vacuum diaphragm 14 can For example, a particle beam in the Vorvakuumkammer 4 reach.

Mit dem Kammergehäuse 2 ist ein Pumpengehäuse 40 der Vakuumpumpe 1 vakuumdicht und lösbar verbunden. In einem Pumpengehäuse 40 ist eine Welle 42 angeordnet, welche von einem hochvakuumseitigen Lager 44 und einem vorvakuumseitigen Lager 48 drehbar unterstützt wird.With the chamber housing 2 is a pump housing 40 the vacuum pump 1 vacuum-tight and detachably connected. In a pump housing 40 is a wave 42 arranged, which from a high vacuum side bearing 44 and a fore-vacuum side bearing 48 is rotatably supported.

Dabei sind beliebige Lagerungen denkbar. Die Lagerung kann zum Beispiel durch zwei Wälzlager realisiert werden, weiterhin kann das vorvakuumseitige Lager als Wälzlager ausgeführt sein und das hochvakuumseitige Lager als Permanentmagnetlager. Auch eine vollmagnetische Lagerung ist möglich.Any storage is conceivable. The storage can be realized, for example, by two bearings, furthermore, the vorvakuumseitige bearing can be designed as a rolling bearing and the high-vacuum side bearing as a permanent magnet bearing. Even a fully magnetic storage is possible.

Auf der Welle 42 ist ein Permanentmagnet 52 vorgesehen, der mit dem magnetischen Feld einer Antriebsspule 50 zusammenwirkt und damit die Welle 42 in schnelle Drehung versetzt. Schnell bedeutet im Rahmen einer solchen Vakuumpumpe 1, dass die pumpaktiven Bauteile eine Pumpwirkung aufgrund molekularer Mechanismen entfalten und die Drehzahl bei einigen 10.000 Umdrehungen pro Minute liegen.On the wave 42 is a permanent magnet 52 provided with the magnetic field of a drive coil 50 interacts and thus the wave 42 set in rapid rotation. Fast means in the context of such a vacuum pump 1 in that the pump-active components have a pumping action due to molecular mechanisms and the speed is at some 10,000 revolutions per minute.

Die Vakuumpumpe 1 weist einen ersten Einlass 80 und einen zweiten Einlass 82 auf. Der erste Einlass 80 ist mit der Vorvakuumkammer 4 verbunden, während der zweite Einlass 82 mit der Hochvakuumkammer 12 verbunden ist. Das durch den ersten Einlass 80 in die Vakuumpumpe 1 eintretende Gas gelangt in eine Pumpstufe 70, ebenso wie der zweite Einlass 82. Diese Pumpstufe 70 ist als Holweckpumpstufe ausgebildet mit einem Holweckstator 74 und einem Holweckzylinder 72. Der Holweckstator 74 weist im Wesentlichen einen dickwandigen Hohlzylinder mit gewindeartigen, an seiner Innenseite verlaufenden Kanälen 76 mit viereckigem Querschnitt auf. Innerhalb dieses Zylinders läuft ein mit der Welle 42 verbundener Holweckzylinder 72. Der Holweckzylinder 72 kann aus einem Compound-Material, wie zum Beispiel kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt sein, kann aber auch aus einem Metall, idealerweise einer Aluminiumlegierung bestehen. Dieser umgibt wenigstens teilweise das hochvakuumseitige Lager 44 und einen Lagerträger 46, der dieses Lager 44 am Pumpengehäuse 10 fixiert.The vacuum pump 1 has a first inlet 80 and a second inlet 82 on. The first inlet 80 is with the pre-vacuum chamber 4 connected while the second inlet 82 with the high vacuum chamber 12 connected is. That through the first inlet 80 in the vacuum pump 1 entering gas enters a pumping stage 70 , as well as the second inlet 82 , This pumping stage 70 is designed as Holweckpumpstufe with a Holweckstator 74 and a Holweck cylinder 72 , The Holweckstator 74 essentially has a thick-walled hollow cylinder with thread-like, extending on its inner side channels 76 with square cross section on. Within this cylinder comes in with the shaft 42 connected Holweck cylinder 72 , The Holweck cylinder 72 may be made of a compound material such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP), but may also be made of a metal, ideally an aluminum alloy. This at least partially surrounds the high-vacuum side bearing 44 and a bearing carrier 46 who has this camp 44 on the pump housing 10 fixed.

In der Vakuumpumpe 1 ist eine weitere Pumpstufe 60 vorgesehen. Die Pumpstufe 60 ist als Turbomolekularpumpstufe gestaltet und weist daher jeweils mit einem Schaufelkranz versehene Rotorscheiben 62 und Statorscheiben 64 auf. Diese sind durch Distanzringe 66 axial beabstandet. Die Pumpstufe 60 kann eine Mehrzahl von Rotor- und Statorscheiben umfassen, je nach gefordertem Druckverhältnis zwischen Ansaugbereich und Ausstoßbereich der Pumpstufe. Das Gas wird von der Pumpstufe 60 an einen Auslass 54 der Vakuumpumpe 1 übergeben und verlässt durch diesen die Vakuumpumpe 1.In the vacuum pump 1 is another pumping stage 60 intended. The pumping stage 60 is designed as a turbomolecular pumping stage and therefore has each provided with a blade ring rotor discs 62 and stator discs 64 on. These are through spacer rings 66 axially spaced. The pumping stage 60 may comprise a plurality of rotor and stator discs, depending on the required pressure ratio between the intake and discharge of the pumping stage. The gas is from the pumping stage 60 to an outlet 54 the vacuum pump 1 passed and leaves through this the vacuum pump 1 ,

Die Turboscheiben 62 können zum Beispiel einzeln auf die Welle 42 gefügt werden, aber auch einstückige Turboscheiben (Glockenrotor) sind möglich.The turbo discs 62 can, for example, individually on the shaft 42 be joined, but also one-piece turbo discs (bell rotor) are possible.

Durch den Einlass 80 wird die Vorvakuumkammer 4 evakuiert. Durch den Einlass 82 wird die Hochvakuumkammer 12 evakuiert. Die Einlässe 80 und 82 befinden sich auf verschiedenen Druckniveaus der Holweckpumpstufe 70. Das Druckniveau der Hochvakuumkammer 12 liegt unterhalb des Druckniveaus der Vorvakuumkammer 4.Through the inlet 80 becomes the fore-vacuum chamber 4 evacuated. Through the inlet 82 becomes the high vacuum chamber 12 evacuated. The inlets 80 and 82 are at different pressure levels Holweckpumpstufe 70 , The pressure level of the high vacuum chamber 12 is below the pressure level of the backing chamber 4 ,

Das von der Pumpstufe 70 ausgestoßene Gas wird von der Pumpstufe 60 weitergefördert in Richtung Auslass 54.That of the pumping stage 70 Expelled gas is discharged from the pumping stage 60 further promoted towards the outlet 54 ,

Durch die Anordnung der Einlässe 80 und 82 im Bereich des Holweckstators 74 wird erreicht, dass die hohe Gaslast der Kammer 4 nicht komplett durch die Holweckpumpstufe 70 strömt, sondern lediglich durch einen Teil, so dass der Gasstrom, der durch den Einlass 80 einströmt, einen kürzeren Weg durch die Holweckstufe nimmt. Hierdurch reduziert sich die Gasreibung und besonders die Leistungsaufnahme und die Temperatur.By the arrangement of the inlets 80 and 82 in the area of Holweckstators 74 is achieved that the high gas load of the chamber 4 not completely through the Holweckpumpstufe 70 flows, but only through a part, so that the gas flow passing through the inlet 80 enters, takes a shorter path through the Holweckstufe. This reduces the gas friction and especially the power consumption and the temperature.

2 zeigt die Vakuumpumpe 1 mit einem Kammergehäuse 2. Teile, die mit 1 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. In dem Kammergehäuse 2 sind drei Kammern 5, 6, 7 angeordnet. Zwischen den Kammern 5, 6 ist eine Blende 3 und zwischen den Kammern 6, 7 eine Blende 8 angeordnet. In der Blende 3 und in der Blende 8 sind jeweils Öffnungen vorgesehen, so dass in Richtung der dargestellten Pfeile A, B das Gas in die benachbarten Kammern gelangen kann. 2 shows the vacuum pump 1 with a chamber housing 2 , Parts with 1 match, are provided with the same reference numbers. In the chamber housing 2 are three chambers 5 . 6 . 7 arranged. Between the chambers 5 . 6 is a blind 3 and between the chambers 6 . 7 a panel 8th arranged. In the aperture 3 and in the aperture 8th each openings are provided so that in the direction of arrows A, B, the gas can enter the adjacent chambers.

Die Holweckpumpstufe 70 mit dem Holweckstator 74 weist zwei Einlässe 11, 13 auf, durch die das Gas aus der Kammer 6 in Richtung der Pfeile C, D in die Holweckpumpstufe 70 gelangen kann. Diese mehreren Einlässe 11, 13 weisen den Vorteil auf, dass sie in axialer Länge der Vakuumpumpstufe 70 verteilt angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die hohe Gaslast der entsprechenden Kammer 6 nicht komplett durch einen Einlass 11 der Holweckstufe 70 strömt, sondern sich aufteilt, so dass ein Teil des Gasstromes einen kürzeren Weg durch die Holweckstufe 70 nimmt. Dadurch reduziert sich die Gasreibung und besonders die Leistungsaufnahme und die Temperatur.The Holweckpumpstufe 70 with the Holweckstator 74 has two inlets 11 . 13 on, through which the gas from the chamber 6 in the direction of the arrows C, D in the Holweckpumpstufe 70 can get. These multiple inlets 11 . 13 have the advantage of being in the axial length of the vacuum pump stage 70 are arranged distributed. This has the advantage that the high gas load of the corresponding chamber 6 not completely through an inlet 11 the Holweck level 70 flows, but divides, so that part of the gas flow a shorter way through the Holweckstufe 70 takes. This reduces the gas friction and especially the power consumption and the temperature.

In der Kammer 7 ist ein weiterer Auslass 9 vorgesehen, so dass die Kammer 7 von der Turbomolekularpumpstufe 60 evakuiert wird.In the chamber 7 is another outlet 9 provided so that the chamber 7 from the turbomolecular pumping stage 60 is evacuated.

Durch die Vorvakuumblende 14 kann ein Teilchenstrahl in die Vakuumkammer 5 gelangen. Through the pre-vacuum diaphragm 14 can a particle beam in the vacuum chamber 5 reach.

Das aus der Kammer 6 in die Holweckpumpstufe 70 austretende Gas wird von der Holweckpumpstufe 70, bestehend aus Holweckstator 74 und Holweckrotor 72, in Richtung der Turbomolekularpumpstufe 60 gefördert und über einen Auslass 54 ausgestoßen.That from the chamber 6 in the Holweckpumpstufe 70 escaping gas is from the Holweckpumpstufe 70 , consisting of Holweckstator 74 and Holweckrotor 72 towards the turbomolecular pumping stage 60 promoted and via an outlet 54 pushed out.

3 zeigt die Vakuumpumpe 1 mit einem Kammersystem 2. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. 3 shows the vacuum pump 1 with a chamber system 2 , The same parts are provided with the same reference numbers.

In der Kammer 6 ist eine zusätzliche Blende 15 angeordnet, so dass durch den Einlass 11 im Bereich des Holweckstators 74 circa 80% des Gases aus der Kammer 6 evakuiert werden und über den Einlass 13 circa 20%.In the chamber 6 is an additional aperture 15 arranged so that through the inlet 11 in the area of Holweckstators 74 about 80% of the gas from the chamber 6 be evacuated and over the inlet 13 about 20%.

Vorteilhaft weist der Einlass 11 einen größeren Querschnitt auf als der Einlass 13. Das bedeutet, dass der Einlass, der in axialer Richtung näher an der Turbomolekularpumpstufe 60 angeordnet ist, einen kleineren Querschnitt aufweist als der Einlass, der weiter entfernt von der Turbomolekularpumpstufe 60 angeordnet ist.Advantageously, the inlet 11 a larger cross section than the inlet 13 , This means that the inlet, in the axial direction closer to the turbomolecular pumping stage 60 is arranged to have a smaller cross-section than the inlet farther from the turbomolecular pumping stage 60 is arranged.

Wie in 4 dargestellt, weist der Holweckstator 74 Kanäle 76 auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Einlass 11 im Bereich eines Kanales 76 angeordnet, um im Wesentlichen die Struktur des Holweckstators 74 nicht zu verändern und hierdurch eine optimierte Pumpwirkung zu erzielen.As in 4 shown, the Holweckstator 74 channels 76 on. According to an advantageous embodiment of the invention, the inlet 11 in the area of a canal 76 Arranged to essentially the structure of the Holweckstators 74 not to change and thereby achieve an optimized pumping action.

5 zeigt den Holweckstator 74 mit den Kanälen 76. Radialsymmetrisch verteilt sind Einlässe 11, 16, 17 in dem Holweckstator 74 angeordnet. Diese Einlässe 11, 16, 17 sind in axialer Richtung des Holweckstators 74 gesehen auf einem Druckniveau, das heißt auf gleicher Höhe liegend angeordnet. Der Einlass 16 ist beispielhaft in Richtung Holweckrotor 72 sich verjüngend ausgebildet, die Einlässe können jedoch auch wie der Einlass 11 im Querschnitt zylindrisch ausgebildet sein. 5 shows the Holweckstator 74 with the channels 76 , Radially symmetrical distributions are inlets 11 . 16 . 17 in the Holweckstator 74 arranged. These inlets 11 . 16 . 17 are in the axial direction of Holweckstators 74 seen at a pressure level, that is arranged lying at the same height. The inlet 16 is an example in the direction of Holweckrotor 72 However, the inlets can also be like the inlet 11 be cylindrical in cross-section.

Die Vakuumpumpe kann durch hohe Gasreibung sehr heiß werden. Daher muss in bestimmten Anwendungsfällen die Wärme mittels Kühlung abgeführt werden. Denkbare Kühlungen sind hier eine Konvektionskühlung, eine gezwungene Luftkühlung mittels Lüfter oder eine Wasserkühlung.The vacuum pump can become very hot due to high gas friction. Therefore, in certain applications, the heat must be dissipated by means of cooling. Conceivable cooling is here a convection cooling, a forced air cooling by means of a fan or a water cooling.

6 zeigt eine Kammer 12, in der eine Gaslast Q von 5 mbar l/s (Liter pro Sekunde) strömt. Die Kammer 12 besitzt eine Anzapfung 82 zu einer Holweckstufe 72, 74. Die einzige Anzapfung 82 hat einen inversen Strömungswiderstand, beziehungsweise Leitwert L von 4 l/s. In der pumpenden Holweckstufe 72, 74 gibt es auf der axialen Höhe der Anzapfung ein nominelles Saugvermögen S₀ von 10 l/s. 6 shows a chamber 12 , in which a gas load Q of 5 mbar l / s (liters per second) flows. The chamber 12 has a tap 82 to a Holweck level 72 . 74 , The only tap 82 has an inverse flow resistance, or conductance L of 4 l / s. In the pumping Holweck stage 72 . 74 At the axial height of the tap there is a nominal pumping speed S ₀ of 10 l / s.

Zusammen mit dem Leitwert der Anzapfung 82 gibt es ein effektives Saugvermögen S_eff von 2,86 l/s in der Kammer 12. Damit resultiert ein Kammerdruck P_Kammer von 1,75 mbar.Together with the conductance of the tapping 82 There is an effective pumping rate S _eff of 2.86 l / s in the chamber 12 , This results in a chamber pressure P _chamber of 1.75 mbar.

In der Holweckstufe 72, 74 selbst stellt sich ein Druck (Holweckdruck) p_HW von 0,5 mbar ein. Am Auslass der Holweckstufe beträgt das Saugvermögen am Auslass S_0Auslass = 5 l/s. Damit beträgt der Druck in der Holweckstufe (Auslassdruck Holweckstufe) p_Auslass = 1 mbar.In the Holweckstufe 72 . 74 itself sets a pressure (Holweckdruck) p _HW of 0.5 mbar. At the outlet of the Holweck stage, the suction capacity at the outlet S ₀ outlet = 5 l / s. Thus, the pressure in the Holweck stage (outlet pressure Holweck stage) p _outlet = 1 mbar.

Die Pumprichtung verläuft in Richtung des Pfeiles E.The pumping direction runs in the direction of arrow E.

Gemäß 7 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit zwei Auslässen 80, 82 dargestellt. In der Kammer 12 strömt eine Gaslast Q von 5 mbar l/s. Die Kammer 12 weist die zwei Anzapfungen 80, 82 zu der Holweckstufe 72, 74 auf. Die obere Anzapfung 82 hat einen inversen Strömungswiderstand beziehungsweise Leitwert L₁ von 4 l/s. In der pumpenden Holweckstufe 72, 74 gibt es auf der axialen Höhe der oberen Anzapfung ein nominelles Saugvermögen S_0-1 von 10 l/s. Zusammen mit dem Leitwert der oberen Anzapfung 82 gibt es ein effektives Saugvermögen S_eff-1 von 2,86 l/s bei der oberen Anzapfung 82 der Kammer 12.According to 7 is an embodiment of the invention with two outlets 80 . 82 shown. In the chamber 12 flows a gas load Q of 5 mbar l / s. The chamber 12 has the two taps 80 . 82 to the Holweckstufe 72 . 74 on. The upper tap 82 has an inverse flow resistance or conductance L ₁ of 4 l / s. In the pumping Holweck stage 72 . 74 At the axial height of the upper tap, there is a nominal pumping speed S _0-1 of 10 l / s. Together with the conductance of the upper tap 82 There is an effective S _eff-1 of 2.86 l / s at the upper tap 82 the chamber 12 ,

Die untere Anzapfung 80 hat einen inversen Stömungswiderstand beziehungsweise Leitwert L₂ von 4 l/s. In der pumpenden Holweckstufe 72, 74 gibt es auf der axialen Höhe der unteren Anzapfung ein nominelles Saugvermögen S_0-1 von 5 l/s.The lower tap 80 has an inverse flow resistance or conductance L ₂ of 4 l / s. In the pumping Holweck stage 72 . 74 At the axial height of the lower tap there is a nominal pumping speed S _0-1 of 5 l / s.

Zusammen mit dem Leitwert der unteren Anzapfung 80 gibt es ein effektives Saugvermögen S_eff-2 von 2,22 l/s bei der unteren Anzapfung 80 der Kammer 12.Together with the conductance of the lower tap 80 There is an effective S _eff-2 of 2.22 l / s at the lower tap 80 the chamber 12 ,

Damit resultiert ein Gesamtsaugvermögen S_effGes in der Kammer von 5,08 l/s. Damit resultiert ein Kammerdruck p_Kammer von 0,98 mbar. Die Gaslast beträgt durch die obere Anzapfung Q₁ = 2,81 mbar l/s. Die Gaslast durch die untere Anzapfung beträgt Q₂ = 2,19 mbar l/s. Damit beträgt der Druck an der oberen Anzapfung in der Holweckstufe p_HW1 = 0,281 mbar. Der Druck an der unteren Anzapfung in der Holweckstufe beträgt p_HW2 = 1 mbar.This results in a total _{suction capacity} S _effGes in the chamber of 5.08 l / s. This results in a chamber pressure p _chamber of 0.98 mbar. The gas load is through the upper tap Q ₁ = 2.81 mbar l / s. The gas load through the lower tap is Q ₂ = 2.19 mbar l / s. Thus, the pressure at the upper tap in the Holweckstufe p _HW1 = 0.281 mbar. The pressure at the lower tap in the Holweck stage is p _HW2 = 1 mbar.

Damit erhält man einen niedrigeren Kammerdruck, eine kleinere Gaslast in dem oberen Teil der Holweckstufe, einen niedrigeren Druck entlang der Holweckstufe und eine geringere Gasreibung in der gesamten Holweckstufe.This results in a lower chamber pressure, a smaller gas load in the upper part of the Holweck stage, a lower pressure along the Holweck stage and a lower gas friction throughout the Holweck stage.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vakuumpumpevacuum pump
22: Kammergehäusechamber housing
33: Blendecover
44: Vorvakuumkammerpreliminary vacuum
55: Kammerchamber
66: Kammerchamber
77: Kammerchamber
88th: Blendecover
99: Auslassoutlet
1010: Pumpengehäusepump housing
1111: Einlassinlet
1212: HochvakuumkammerHigh vacuum chamber
1313: Einlassinlet
1414: VorvakuumblendeVorvakuumblende
1515: Blendecover
1616: Einlassinlet
1717: Einlassinlet
2222: HochvakuumblendeHigh vacuum aperture
4040: Pumpengehäusepump housing
4242: Wellewave
4444: Lagercamp
4646: Lagerträgerbearing bracket
4848: Lagercamp
5050: Antriebsspuledrive coil
5252: Permanentmagnetpermanent magnet
5454: Auslassoutlet
6060: TurbomolekularpumpstufeTurbo molecular pump stage
6262: Rotorscheiberotor disc
6464: Statorscheibestator
6666: Distanzringspacer
7070: HolweckpumpstufeHolweckpumpstufe
7272: HolweckzylinderHolweckzylinder
7474: HolweckstatorHolweckstator
7676: Kanälechannels
8080: Einlassinlet
8282: Einlassinlet
AA: Pfeilarrow
BB: Pfeilarrow
CC: Pfeilarrow
DD: Pfeilarrow
Ee: Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1668255 B1 [0002]

Claims

Vacuum pump with at least one Holweckpumpstufe with at least one Holweckstator and at least one Holweckrotor, characterized in that in the Holweckstator ( 74 ) the at least one Holweckpumpstufe ( 70 ) at least one gas inlet ( 11 . 13 . 16 . 17 ) is provided.

Vacuum pump according to claim 1, characterized in that in the axial direction of the Holweckstators ( 74 ) at least two inlets ( 11 . 13 ) are provided.

Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that in the tangential direction of the Holweckstators ( 74 ) at least two inlets ( 11 . 13 . 16 . 17 ) are provided.

Vacuum pump according to claim 3, characterized in that the at least two inlets ( 11 . 13 . 16 . 17 ) tangentially symmetric or asymmetrical in the Holweckstator ( 74 ) are arranged.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one inlet ( 11 . 13 . 16 . 17 ) is formed as a bore and / or slot and / or slot.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the inlets ( 11 . 13 . 16 . 17 ) have the same or different cross sections.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that each inlet ( 11 . 13 ) is connected to only one chamber to be evacuated.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of inlets ( 11 . 13 . 16 . 17 ) with only one chamber to be evacuated ( 6 ) are connected.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the vacuum pump ( 1 ) at least one additional turbomolecular pumping stage ( 60 ) having.

Vacuum pump according to claim 9, characterized in that in the Holweckstator ( 74 ) at least two inlets ( 11 . 13 . 80 . 82 ) and that the inlet ( 13 . 80 ), which in the axial direction of the vacuum pump ( 1 ) closer to the turbomolecular pumping stage ( 60 ) is arranged as an inlet arranged in the region of molecular flow ( 11 . 80 ) is trained.

Vacuum pump according to claim 9, characterized in that in the Holweckstator ( 74 ) at least two inlets ( 11 . 13 . 80 . 82 ) and that the inlet ( 11 . 82 ), which in the axial direction of the vacuum pump ( 1 ) further away from the turbomolecular pumping stage ( 60 ) is arranged as an inlet arranged in the region of a Knudsen flow ( 11 . 82 ) is trained.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one inlet ( 11 . 82 ) in the high vacuum region has a larger cross section than the at least one inlet ( 13 . 80 ) in the pre-vacuum area.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that at the at least one inlet ( 11 . 13 . 80 . 82 ) a pressure of 1 to 100 Pascal is applied.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the inlets ( 16 ) in the direction of the Holweck rotor ( 72 ) are tapered.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the Holweckstator ( 74 ) Channels ( 76 ), and that the at least one inlet ( 11 . 13 . 16 . 17 . 80 . 82 ) is arranged in the region of a channel bottom.

Vacuum pump according to claim 15, characterized in that the at least one inlet ( 11 . 13 . 16 . 17 . 80 . 82 ) is arranged exclusively in a channel bottom.

Vacuum pump according to claim 15 or 16, characterized in that all inlets ( 11 . 13 . 16 . 17 . 80 . 82 ) are arranged in the region of a channel bottom.