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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einer Platine, die einen Innenraum der Vakuumpumpe gegenüber einem Außenraum abdichtet und zumindest eine Vakuumdurchführung bildet.
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Vakuumdurchführungen werden in Vakuumanlagen schon seit langer Zeit verwendet, um eine elektrische Verbindung zwischen einem evakuierten Innenraum einer Vakuumanlage und einem Außenraum, in dem Atmosphärendruck vorliegt, zu ermöglichen. Mit Hilfe von Vakuumdurchführungen werden beispielsweise Komponenten einer Vakuumpumpe oder andere Elemente im Innenraum der Vakuumanlage, wie z.B. Messgeräte, mit elektrischen Strömen und/oder Spannungen versorgt.
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In der
EP 1 843 043 A2 ist darüber hinaus eine Platine beschrieben, die einerseits als Vakuumdurchführung dient und andererseits eine Gehäuseöffnung der Vakuumpumpe abdeckt sowie mit Dichtungen versehen ist, um den Innenraum der Vakuumpumpe vakuumtechnisch vom Außenraum zu trennen. Die Platine weist Steckverbindungen auf, über welche die Komponenten, die sich im Innenraum der Vakuumpumpe befinden, mit einer im Außenraum befindlichen Steuereinheit verbunden werden. Außerdem sind Kabelverbindungen zwischen den Steckverbindungen und der Steuereinheit erforderlich. Diese Steck- und Kabelverbindungen erfordern Bauraum und verhindern somit eine bauliche Reduzierung des Systems aus Platine und Steuereinheit.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vakuumpumpe zu schaffen, die eine besonders kostengünstige und platzsparende elektrische Verbindung zwischen Pumpenkomponenten im Innenraum der Vakuumpumpe und einer Steuereinheit in deren Außenraum gestattet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist ein Gehäuse auf, das einen Innenraum der Vakuumpumpe von einem Außenraum trennt. Im Betrieb der Vakuumpumpe liegt im Innenraum ein geringerer Druck als im Außenraum vor. Erfindungsgemäß weist die Vakuumpumpe ferner eine erste Platine auf, welche einerseits den Innenraum gegenüber dem Außenraum abdichtet und darüber hinaus zumindest eine Vakuumdurchführung bildet. Über diese Vakuumdurchführung können elektrische und/oder elektronische Bauelemente, die sich auf der ersten Platine und/oder im Innenraum der Vakuumpumpe befinden, mit elektrischer Energie versorgt und angesteuert werden. Die erste Platine erfüllt somit eine Doppelfunktion, indem sie den Innenraum der Vakuumpumpe gegenüber dem Außenraum abdichtet und als Vakuumdurchführung eine elektrische Kontaktierung von Bauelementen bereitstellt.
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Die erste Platine weist erfindungsgemäß einen Endabschnitt auf, mittels welchem die erste Platine elektrisch kontaktierbar ist. Der Endabschnitt selbst dient also zum Herstellen der erforderlichen elektrischen Anbindung, indem er beispielsweise nach Art eines Steckers in eine Buchse eingeführt wird. Aufgrund der Kontaktierung über den Endabschnitt ist weniger Bauraum außerhalb des Gehäuses für den elektrischen Anschluss der Platine bzw. der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente im Innenraum der Vakuumpumpe erforderlich.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Der Innenraum der Vakuumpumpe umfasst üblicherweise einen Ansaugbereich, in dem sich pumpaktive Elemente der Vakuumpumpe befinden, und einen Ausstoßbereich. Über den Ausstoßbereich steht die Vakuumpumpe entweder mit wenigstens einer weiteren Vakuumpumpe oder mit Atmosphärendruck in Verbindung. Folglich herrscht im Ausstoßbereich ein höherer Druck als im Ansaugbereich der Vakuumpumpe, beispielsweise ein Fein- oder Grobvakuumdruck.
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Die erste Platine dichtet bevorzugt den Ausstoßbereich gegenüber dem Außenraum ab. Die erste Platine kann in diesem Fall aus einem kostengünstigeren Material hergestellt sein, an das geringere Anforderungen bezüglich der Vakuumtauglichkeit bestehen.
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Für eine besonders einfache Kontaktierbarkeit ragt der Endabschnitt der ersten Platine vorzugsweise über das Gehäuse der Vakuumpumpe hinaus. Dabei kann der Endabschnitt über eine Außenkontur des Gehäuses hinausragen oder alternativ in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet sein, so dass er nicht über die Außenkontur hinausragt. Beide Varianten gestatten eine einfache und schnelle Kontaktierung der ersten Platine, da der Endabschnitt über einen Bereich hinausragt, in welchem die erste Platine den Innenraum abdichtet, und dadurch ähnlich einem Stecker leicht zugänglich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Buchse zur elektrischen Kontaktierung der ersten Platine auf den Endabschnitt aufgesteckt. Mittels einer solchen Buchse kann eine einfache und bezüglich des Bauraums effiziente Kontaktierung der ersten Platine erfolgen. Ferner ermöglicht die Kontaktierung mittels der Buchse, dass eine an die Buchse angeschlossene Steuereinheit, die zur Steuerung der Vakuumpumpe mit der Platine verbunden werden soll, flexibel im Außenraum angeordnet werden kann, d.h. direkt am Gehäuse der Vakuumpumpe oder auch entfernt von diesem.
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Bevorzugt weist die Vakuumpumpe eine zweite Platine auf. Die zweite Platine befindet sich im Gegensatz zur ersten Platine vollständig außerhalb des Gehäuses und ist rechtwinklig zu der ersten Platine angeordnet. Ferner ist die zweite Platine sowohl elektrisch als auch mechanisch mit der ersten Platine gekoppelt.
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Durch die rechtwinklige Anordnung der zweiten Platine bezogen auf die erste Platine ist weniger Bauraum erforderlich, um die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente im Innenraum der Vakuumpumpe mit elektrischer Energie zu versorgen und anzusteuern. Die zweite Platine kann beispielsweise seitlich an der Vakuumpumpe angeordnet und mittels einer herkömmlichen Steckverbindung für Platinen, wie sie in der Computertechnik üblich ist, mit der ersten Platine verbunden sein. Auf diese Weise lässt sich bezogen auf eine Welle bzw. Mittelachse in radialer Richtung gesehen eine besonders kompakte Baugröße der Vakuumpumpe erreichen. Beispielsweise kann die zweite Platine am Gehäuse der Vakuumpumpe anliegen.
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Ferner ist auch in axialer Richtung der Vakuumpumpe für deren Verbindung mit einer Steuereinheit ein minimaler Bauraum erforderlich, da die Kopplung der zwei Platinen in einem Randbereich der zweiten Platine erfolgen kann, so dass sich die zweite Platine nahezu vollständig entlang des ohnehin vorhandenen Gehäuses der Vakuumpumpe erstreckt und in axialer Richtung nur geringfügig oder gar nicht über das Gehäuse der Vakuumpumpe hinausragt. Eine Steuereinheit für die Vakuumpumpe kann somit zusammen mit der zweiten Platine seitlich an der Vakuumpumpe angebracht werden, ohne die axiale Abmessung der Vakuumpumpe signifikant zu vergrößern.
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Durch die rechtwinklige Anordnung zur Kopplung der ersten und zweiten Platine kann ferner die gesamte Steuereinheit näher am Gehäuse der Vakuumpumpe angeordnet werden, da dazwischenliegende Steck- und Kabelverbindungen entfallen. Dadurch ergibt sich wiederum ein zusätzlicher Raumgewinn. Verfügen die erste und die zweite Platine über handelsübliche Standard-Steckplätze, verringern sich außerdem insgesamt die Kosten für die elektrische Kontaktierung der Bauelemente, die sich im Innenraum der Vakuumpumpe befinden und von außen angesteuert werden sollen.
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Gemäß einer Ausführungsform deckt die erste Platine eine Gehäuseöffnung ab. Die erste Platine wirkt somit gewissermaßen als ein Deckel des Gehäuses. Dabei kann ein Endabschnitt der ersten Platine zur Kopplung mit der zweiten Platine über das Gehäuse hinausragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform grenzt ein Betriebsmittelspeicher der Vakuumpumpe an die erste Platine an. Der Betriebsmittelspeicher besteht beispielsweise aus mehreren Lagen von Filzscheiben, die mit einem Betriebsmittel getränkt sind, z.B. mit Öl. Über eine Verbindung einer der Filzscheiben mit einem Lager für eine Welle der Vakuumpumpe kann das Lager geschmiert werden. Die erste Platine kann ferner zumindest einen Sensor umfassen, der ausgebildet ist, um den Füllstand des Betriebsmittelspeichers zu ermitteln. Die direkt angrenzende Anordnung von erster Platine und Betriebsmittelspeicher ist besonders platzsparend. Da der Sensor zum Messen des Füllstands des Betriebsmittelspeichers auf der ersten Platine angeordnet ist, kann darüber hinaus ein separater Sensor, der zusätzliche Anschlüsse erfordert, zur Ermittlung des Füllstands entfallen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gehäuse der Vakuumpumpe zumindest zwei Abschnitte, zwischen denen die erste Platine angeordnet ist. Die erste Platine stellt somit ein abdichtendes Zwischenelement zwischen den zwei Abschnitten des Gehäuses dar. Ferner kann die erste Platine zur Kopplung mit der zweiten Platine wiederum einen Endabschnitt aufweisen, der über das Gehäuse der Vakuumpumpe hinausragt. Die zweite Platine kann sich hingegen derart entlang des Gehäuses erstrecken, dass sie rechtwinklig zur ersten Platine nicht über das Gehäuse der Vakuumpumpe hinausragt. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung der zweiten Platine und einer Steuereinheit, die der Vakuumpumpe zugeordnet ist.
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Bei einer Anordnung der ersten Platine zwischen zwei Abschnitten des Gehäuses kann die erste Platine ferner zusätzlich ein thermisch trennendes Element zwischen den zwei Abschnitten bilden und insbesondere Isolierzwischenlagen aufweisen. Zusätzlich zur vakuumtechnischen und elektrischen Funktion weist die erste Platine in diesem Fall somit eine zusätzliche thermische Funktion auf, um Abschnitte der Vakuumpumpe, die keiner starken Erwärmung ausgesetzt werden sollten, wie beispielsweise Antriebs- und Lagerkomponenten, gegenüber solchen Abschnitten zu isolieren, die eine Erwärmung aushalten, beispielsweise beim Ausheizen einer Vakuumanlage.
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Wenn die erste Platine zwischen zwei Abschnitten des Gehäuses der Vakuumpumpe angeordnet ist, kann die erste Platine darüber hinaus einen Durchbruch aufweisen, durch welchen eine Welle der Vakuumpumpe verläuft. Die erste Platine dient somit zur Trennung zweier Abschnitte der Vakuumpumpe, von denen einer beispielsweise einen Motor- und Lagerraum der Vakuumpumpe umfasst, während der andere pumpaktive Elemente enthält, wie beispielsweise Rotor- und Statoreinheiten der Vakuumpumpe.
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Vorzugsweise ist ein Antriebsmotor für einen Rotor der Vakuumpumpe mechanisch und elektrisch mit der ersten Platine verbunden. Dadurch stellen der Antriebsmotor und die Platine, die zudem auch dessen elektrische Versorgung bereitstellt, eine kompakte Einheit dar. Darüber hinaus kann die erste Platine ferner eine Aufnahme für ein Lager einer Welle der Vakuumpumpe tragen. Die erste Platine weist in diesem Fall somit zusätzlich zur vakuumtechnischen und elektrischen Funktion eine weitere mechanische Funktion auf.
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Ferner ist auf der ersten Platine vorzugsweise mindestens ein Sensor angeordnet, bei dem es sich insbesondere um einen Temperatursensor oder einen Schwingungssensor handeln kann. Die erste Platine weist somit nicht nur eine reine Versorgungsfunktion für die Komponenten im Innenraum der Vakuumpumpe auf, sondern sie ist über den mindestens einen Sensor und dessen Messwerte in die Steuerung der Vakuumpumpe eingebunden. Dadurch können wiederum zusätzliche separate Sensoren mit eigenen Anschlüssen entfallen. Außerdem wird durch die Anordnung eines oder mehrerer Sensoren auf der ersten Platine ein besonders kompakter Aufbau erreicht. Der mindestens eine Sensor kann an einem der Platine benachbarten Bauteil der Vakuumpumpe unmittelbar oder mittelbar anliegen und insbesondere durch ein Federelement beaufschlagt sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend rein beispielhaft anhand möglicher Ausbildungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Vakuumpumpe mit Steuereinheit gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Vakuumpumpe mit Steuereinheit gemäß dem Stand der Technik,
- 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Vakuumpumpe mit Steuereinheit gemäß dem Stand der Technik,
- 4 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,
- 5 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe und
- 6 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe.
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Die in 1 gezeigte Vakuumpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik umfasst einen von einem Einlassflansch 12 umgebenen Pumpeneinlass 14 sowie mehrere Pumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 14 anstehenden Gases zu einem in 1 nicht dargestellten Pumpenauslass. Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Stator mit einem statischen Gehäuse 16 und einen in dem Gehäuse 16 angeordneten Rotor mit einer um eine Rotorachse bzw. Rotationsachse 18 drehbar gelagerten Rotorwelle 20.
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Die Vakuumpumpe 10 ist als Turbomolekularpumpe ausgebildet und umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren mit der Rotorwelle 20 verbundenen turbomolekularen Rotorscheiben 22 und mehreren in axialer Richtung zwischen den Rotorscheiben 22 angeordneten und in dem Gehäuse 16 festgelegten turbomolekularen Statorscheiben 24, die durch Distanzringe 26 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten sind. Die Rotorscheiben 22 und Statorscheiben 24 stellen in einem Schöpfbereich 28 eine in Richtung des Pfeils 30 gerichtete axiale Pumpwirkung bereit. Der Schöpfbereich 28 verbindet somit einen Ansaugbereich, welcher sich am Pumpeneinlass 14 befindet und in welchem im Betrieb der Vakuumpumpe 10 Hochvakuum herrscht, mit weiteren Pumpstufen und über diese mit einem Ausstoßbereich am Pumpenauslass.
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Die Vakuumpumpe 10 umfasst zudem drei in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen.
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Der rotorseitige Teil der Holweck-Pumpstufen umfasst eine mit der Rotorwelle 20 verbundene Rotornabe 32 und zwei an der Rotornabe 32 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 34, 36, die koaxial zu der Rotorachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 38, 40 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 18 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind jeweils durch die einander unter Ausbildung eines engen radialen Holweck-Spalts gegenüberliegenden radialen Mantelflächen jeweils einer Holweck-Rotorhülse 34, 36 und einer Holweck-Statorhülse 38, 40 gebildet. Dabei ist jeweils eine der pumpaktiven Oberflächen glatt ausgebildet, im vorliegenden Fall die der Holweck-Rotorhülse 34 bzw. 36, und die gegenüberliegende pumpaktive Oberfläche der Holweck-Statorhülse 38, 40 weist eine Strukturierung mit schraubenlinienförmig um die Rotationsachse 18 herum in axialer Richtung verlaufenden Nuten auf, in denen durch die Rotation des Rotors das Gas vorangetrieben und dadurch gepumpt wird.
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Die drehbare Lagerung der Rotorwelle 20 wird durch ein Wälzlager 42 im Bereich des Pumpenauslasses und ein Permanentmagnetlager 44 im Bereich des Pumpeneinlasses 14 bewirkt.
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Das Permanentmagnetlager 44 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 46 und eine statorseitige Lagerhälfte 48, die jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinandergestapelten permanentmagnetischen Ringen 50, 52 umfassen, wobei die Magnetringe 50, 52 unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 54 einander gegenüberliegen.
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Innerhalb des Permanentmagnetlagers 44 ist ein Not- oder Fanglager 56 vorgesehen, das als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist und im normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors gegenüber dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert.
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In Bereich des Wälzlagers 42 ist an der Rotorwelle 20 eine konische Spritzmutter 58 mit einem zu dem Wälzlager 42 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen, die mit einem Abstreifer eines mehrere mit einem Betriebsmittel, wie zum Beispiel einem Schmiermittel, getränkte saugfähige Scheiben 60 umfassenden Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt steht. Im Betrieb wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 58 übertragen und infolge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 58 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 58 zu dem Wälzlager 42 hin gefördert, wo es zum Beispiel eine schmierende Funktion erfüllt.
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Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Antriebsmotor 62 zum drehenden Antreiben des Rotors, dessen Läufer bzw. Rotor durch die Rotorwelle 20 gebildet ist. Eine Steuereinheit 64 steuert den Antriebsmotor 62 an.
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Der Antriebsmotor 62 der Vakuumpumpe 10 weist einen Motorstator 66 auf. Der Motorstator 66 umfasst eine Vielzahl von nicht näher dargestellten Wicklungen, die über einen Leiter 68, der mit der Steuereinheit 64 verbunden sind, aus dem Motorstator 66 herausgeführt sind. Der Leiter 68 verläuft von durch einen Gang 70, welcher in einem Gehäuseabschnitt der Vakuumpumpe ausgebildet ist, und ist mit einem Anschlusselement 72 verbunden, das wiederum mit der Steuereinheit 64 verbunden ist.
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Bei der Vakuumpumpe 10 liegt ein Austrittsbereich des Leiters 68 aus einem Motorstator 66 in einem Vakuumbereich 76, der mit dem Ausstoßbereich der Vakuumpumpe 10 in Verbindung steht. Die Abdichtung zwischen einem Vakuumbereich 76 und Bereich 80 auf Atmosphärendruck erfolgt durch einen O-Ring 78.
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2 zeigt eine weitere Vakuumpumpe 111' gemäß dem Stand der Technik. Die Vakuumpumpe 111' weist ein Gehäuse 113' auf, das einen Innenraum 115' der Vakuumpumpe 111' von einem Außenraum 117' trennt. Im Betrieb der Vakuumpumpe 111' herrscht im Innenraum 115' ein geringerer Druck als im Außenraum 117'.
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Der Innenraum 115' umfasst dabei einen Ausstoßbereich 115'-1 und einen Ansaugbereich 115'-2, die über mehrere Turbomolekular- und Holweckpumpstufen miteinander verbunden sind. Zur Abdichtung des Ausstoßbereichs 115'-1 gegenüber dem Außenraum 117' sind mehrere Dichtungen 118' vorgesehen, die zwischen Abschnitten des Gehäuses 113' angeordnet sind.
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Die Vakuumpumpe 111' weist ferner eine Steuereinheit 119' auf, die über einen Haltekörper 121' mit dem Gehäuse 113' der Vakuumpumpe 111' verbunden ist. Die Verbindung der Steuereinheit 119' mit dem Haltekörper 121' erfolgt über eine Vakuumklemme 123'. Der Haltekörper 121' stellt somit einen Teil des Dichtverbundes der Vakuumpumpe 111' dar. Das bedeutet, dass der Haltekörper 121' zusammen mit dem Innenraum 115' der Vakuumpumpe 111' gegenüber dem Außenraum 117' abgedichtet ist.
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Elektrische Ströme und/oder Spannungen, welche durch die Steuereinheit 119' zum Betreiben der Vakuumpumpe 111' bereitgestellt werden, werden im Betrieb der Vakuumpumpe 111' über die Vakuumklemme 123' und den Haltekörper 121' in den Innenraum 115' der Vakuumpumpe 111' übertragen, um beispielsweise einen Antriebsmotor 125' der Vakuumpumpe 111' mit der notwendigen Energie zu versorgen. Der Antriebsmotor 125' der Vakuumpumpe 111' treibt eine Welle 127' der Vakuumpumpe 111' an, über die wiederum ein Rotor 129' der Vakuumpumpe 111' in Drehung versetzt wird.
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3 zeigt eine weitere Vakuumpumpe 111' gemäß dem Stand der Technik. Im Unterschied zur 1 ist die Steuereinheit 119' hier nicht über eine Vakuumklemme am Haltekörper 121' mit dem Gehäuse 113' der Vakuumpumpe 111' verbunden, sondern mit einem mehrpoligen Stecker 149'. Dadurch ist bezogen auf eine Mittelachse 140' der Vakuumpumpe 111' bzw. deren Welle 127' im Vergleich zu der in 2 gezeigten Vakuumpumpe 111' sogar noch mehr Raum in radialer Richtung erforderlich, da die Steuereinheit 119' aufgrund des mehrpoligen Steckers 149' relativ weit vom Gehäuse 113' entfernt ist.
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In 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Vakuumpumpe 111 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Vakuumpumpe 111 gemäß dieser ersten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem Stand der Technik einerseits dadurch, dass ein Deckel an einem Ende der Welle 127 durch eine erste Platine 131 gebildet ist. Die erste Platine 131 deckt dabei eine Gehäuseöffnung 139 an einer Seite der Vakuumpumpe 111 vollständig ab und stellt somit ein eigenständiges, einseitig dichtendes Gehäuseelement der Vakuumpumpe 111 dar, welches an dem Gehäuse 113 der Vakuumpumpe 111 befestigt und abgedichtet ist.
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Die erste Platine 131 ist gegenüber einem ersten Gehäuseabschnitt 113-1, der einen Ausstoßbereich 115-1 des Innenraums 115 der Vakuumpumpe 111 umschließt, mittels einer Dichtung 118 abgedichtet, die bezogen auf die Mittelachse 140 der Vakuumpumpe umlaufend und rotationssymmetrisch angeordnet ist. Ein zweiter Gehäuseabschnitt 113-2 umschließt einen Ansaugbereich 115-2 des Innenraums 115. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseabschnitt 113-1, 113-2 ist wiederum eine umlaufende Dichtung 118 angeordnet.
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Die erste Platine 131 umfasst somit einen inneren Bereich, der von der Dichtung 118 umgeben ist und den Ausstoßbereich 115-1 abdichtet. Ferner umfasst die erste Platine 131 einen äußeren Bereich, der sich in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse 140 gesehen außerhalb der Dichtung 118 befindet. Der äußere Bereich der ersten Platine 131 deckt Gehäuseöffnungen 139 ab, die sich auf Atmosphärendruck befinden und in denen elektrische und/oder elektronische Bauelemente 141 angeordnet sind, die an der ersten Platine 131 angebracht sind. Zwischen dem äußeren Rand der ersten Platine 131 und dem ersten Gehäuseabschnitt 113-1 können weiteren Dichtungen, beispielsweise eine oder mehrere Moosgummidichtungen, angeordnet sein. Diese Dichtungen dienen als Schutz für die in der Gehäuseöffnung 139 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 141, beispielsweise gegenüber äußeren Einflüssen.
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Die erste Platine 131 weist einen Endabschnitt 135 auf, der in radialer Richtung auf einer Seite über das Gehäuse 113 der Vakuumpumpe 111 hinausragt. Über den Endabschnitt 135 ist die erste Platine 131 mittels eines buchsenförmigen Steckkontakts 137 einer zweiten Platine 133 sowohl elektrisch als auch mechanisch gekoppelt. Bei dem Steckkontakt 137 handelt es sich um einen herkömmlichen buchsenförmigen Steckkontakt, wie er beispielsweise zur Verbindung von Platinen in Personalcomputern verwendet wird, insbesondere zur Verbindung einer Platine mit einem Motherboard, und welcher stirnseitig auf den Endabschnitt 135, d.h. auf den Rand der ersten Platine 131, aufgesteckt ist.
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Die zweite Platine 133 ist dabei rechtwinklig zur ersten Platine 131 angeordnet und stellt einen Teil der Steuereinheit 119 der Vakuumpumpe 111 dar. Im Vergleich zur Vakuumpumpe 111' gemäß dem Stand der Technik, die in 2 dargestellt ist, ist die Steuereinheit 119 der Vakuumpumpe 111 gemäß der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform bezogen auf die Mittelachse 140 der Welle 127 der Vakuumpumpe 111 geringfügig in axialer Richtung versetzt. Ferner ist die Steuereinheit 119 bei der Vakuumpumpe 111 gemäß der ersten Ausführungsform direkt am Gehäuse 113 der Vakuumpumpe 111 angeordnet, wenn die zweite Platine 133 mittels des Steckkontakts 137 mit der ersten Platine 131 zusammengesteckt ist. Da man aufgrund der direkten Steckverbindung zwischen der ersten Platine 131 und der zweiten Platine 133 auf den Haltekörper 121' verzichten kann, weist die Vakuumpumpe 111 von 4 bezogen auf die Mittelachse 140 in radialer Richtung eine geringere Abmessung auf.
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Auf der ersten Platine 131 sind die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 141 angeordnet, die zur Steuerung von Komponenten im Innenraum 115 der Vakuumpumpe 111 beitragen. Die Bauelemente 141 stehen über den Endabschnitt 135 mit dem Steckkontakt137 elektrisch in Kontakt. Die erste Platine 131 bildet somit eine Vakuumdurchführung zwischen dem Steckkontakt137 und den Bauelementen 141 sowie Komponenten der Vakuumpumpe 111, die in deren Innenraum 115 angeordnet und mit den ersten Platine 131 elektrisch verbunden sind. Zu diesen Komponenten gehört ein Antriebsmotor 125 der Vakuumpumpe 111, der über die erste Platine 131 mit Energie versorgt wird.
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Darüber hinaus weist die erste Platine 131 eine Außenseite 144 auf, die dem Ausstoßbereich 115-1 des Innenraums 115 der Vakuumpumpe 111 abgewandt ist. An der Außenseite 144 kann die erste Platine 131 weitere Kontaktierungen aufweisen. Außerdem können weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente (nicht gezeigt) auf der Außenseite 144 angeordnet sein.
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Angrenzend an den inneren Abschnitt der ersten Platine 131 ist im Innenraum 115 der Vakuumpumpe 111 ein Betriebsmittelspeicher 143 angeordnet, der Filzscheiben umfasst, die mit einem Betriebsmittel, wie z.B. Öl, getränkt sind. Außerdem ist ein Sensor 145, der in der Lage ist, den Füllstand des Betriebsmittels in dem Betriebsmittelspeicher 143 zu ermitteln, in die erste Platine 131 integriert.
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Neben der vakuumtechnischen Funktion, einen vakuumdichten Deckel der Vakuumpumpe 111 zu bilden, weist die erste Platine 131 somit zusätzliche elektrische Funktionen auf, um Komponenten der Vakuumpumpe 111 im Innenraum 115 mit elektrischen Strömen und/oder mit elektrischen Spannungen zu versorgen. Außerdem übt die erste Platine 131 in dem Innenraum 115 der Vakuumpumpe 111 eine mechanische Funktion aus, indem sie eine Aufnahme 147 für die Welle 127 der Vakuumpumpe 111 ausbildet. Dadurch sorgt die erste Platine 131 auch für eine Halterung und korrekte Ausrichtung der Welle 127 der Vakuumpumpe 111.
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In 5 ist eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 111 dargestellt, welche die gleichen Komponenten wie die Vakuumpumpe 111 der in 4 dargestellten ersten Ausführungsform aufweist. Bei der zweiten Ausführungsform ist die erste Platine 131 jedoch als Zwischenelement zwischen einem ersten Abschnitt 113-1 und einem zweiten Abschnitt 113-2 des Gehäuses 113 angeordnet. Die erste Platine 131 bildet wiederum ein eigenständiges, dichtendes Gehäuseelement der Vakuumpumpe 111. Da die erste Platine 131 typischerweise mehrlagig ausgeführt ist, sind sämtliche Verbindungsflächen der mehrlagigen ersten Platine 131 vakuumdicht miteinander verklebt, um ungewollte Undichtigkeiten zu vermeiden. In einem zentralen Bereich der ersten Platine 131 befindet sich ein Durchbruch 151, durch den die Welle 127 der Vakuumpumpe hindurchtritt. Somit teilt die erste Platine 131 den Innenraum 115 der Vakuumpumpe 111 in einen Motor- und Lagerraum 153 einerseits und einen Raum 155 für pumpaktive Elemente der Vakuumpumpe 111 andererseits.
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Im Bereich des Raums 155 umfasst das Gehäuse 113 außerdem einen weiteren Abschnitt 113-3, in welchem sich der Ansaugbereich 115-2 der Vakuumpumpe 111 befindet und welcher in einer bezogen auf die Mittelachse 140 axialen Richtung symmetrisch zum Ansaugbereich 115-2 der Vakuumpumpe 111 angeordnet ist. Ferner ist ein weiterer Abschnitt 113-4 des Gehäuses bezogen auf den Abschnitt 113-3 symmetrisch zum Abschnitt 113-2 angeordnet, der an die erste Platine 131 angrenzt. Dadurch erhält der Raum 155 für pumpaktive Elemente der Vakuumpumpe 111 insgesamt eine bezüglich des Ansaugbereichs 115-2 symmetrische Form.
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Zwischen den Abschnitten 113-1, 113-2, 113-3 und 113-4 des Gehäuses 113 sowie zwischen der ersten Platine 131 und den zwei Abschnitten 113-1, 113-2 sind jeweils wiederum umlaufende Dichtungen 118 angeordnet. Somit umfasst die erste Platine auch bei der zweiten Ausführungsform einen inneren Bereich, der von einer umlaufenden Dichtung 118 umschlossen ist, und einen äußeren Bereich, der Gehäuseöffnungen 139 abdeckt, in denen Atmosphärendruck herrscht.
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Ein Endabschnitt 135 der ersten Platine 131 ragt zwischen dem ersten Teil 113-1 und dem zweiten Teil 113-2 des Gehäuses 113 seitlich über das Gehäuse 13 hinaus. Die erste Platine 131 bildet wiederum eine Vakuumdurchführung zwischen einem auf den Endabschnitt 135 aufgesteckten Steckkontakt 137 und Bauelementen 141 auf der ersten Platine 131 sowie Komponenten im Innenraum 115 der Vakuumpumpe 111, wie etwa dem Antriebsmotor 125.
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Wie zuvor ist eine rechtwinklig zur ersten Platine 131 orientierte zweite Platine 133 mittels der Steckverbindung mit der ersten Platine 131 verbunden. Im Vergleich zur in 3 dargestellten Vakuumpumpe 111' gemäß dem Stand der Technik ist für die Anordnung der Steuereinheit 119 weniger Bauraum erforderlich, da der Haltekörper 121' und der mehrpolige Stecker 149' aufgrund der direkten Verbindung der ersten Platine 131 mit der zweiten Platine 133 entfallen. Die Steuereinheit 119 liegt somit direkt an einer Außenseite des Gehäuses 113 der Vakuumpumpe 111 an. Die Abmessung der Vakuumpumpe 111 in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse 140 der Welle 127 gesehen ist somit erheblich verringert.
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Ähnlich wie bei der in 4 dargestellten ersten Ausführungsform weist auch die erste Platine 131 der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform neben der Funktion als Vakuumdurchführung eine zusätzliche mechanische und elektrische Funktion auf, da der Antriebsmotor 125 mechanisch und elektrisch mit der ersten Platine 131 verbunden ist. Dadurch können zusätzliche Halterungen für den Antriebsmotor 125 entfallen. Außerdem fallen elektrische Verbindungsleitungen zu dem Antriebsmotor 125 kürzer aus als bei der in 3 dargestellten Vakuumpumpe 111' gemäß dem Stand der Technik. Dadurch ergibt sich insgesamt eine kompaktere Anordnung von erster Platine 131 und Antriebsmotor 125.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 111. Diese unterscheidet sich von der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform lediglich dadurch, dass das Gehäuse 113 zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt 113-1, 113-2 eine Ausnehmung 156 aufweist, in welcher der Endabschnitt 135 der ersten Platine 131 angeordnet ist. Die erste Platine 131 ragt hier also nicht über die Außenkontur des Gehäuses 113 hinaus.
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Der Steckkontakt 137 der zweiten Platine 133 erstreckt sich in die Ausnehmung 156 des Gehäuses 113 hinein und ist wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform stirnseitig auf den Endabschnitt 135 der ersten Platine 131 aufgesteckt. D.h. auch hier erfolgt die Kontaktierung der ersten Platine 131 über ihren Rand. Dabei steht der Steckkontakt 137 sowohl mit einer Unterseite als auch mit einer Oberseite der ersten Platine 131 in Kontakt, die innerhalb der Aussparung 156 dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseabschnitt 131-1 bzw. 131-2 zugewandt sind.
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Darüber hinaus sind sowohl bei der ersten Ausführungsform von 4 als auch bei der zweiten Ausführungsform von 5 und der dritten Ausführungsform von 6 weitere Sensoren 157 auf der ersten Platine 131 angeordnet, bei denen es sich beispielsweise um einen Temperatursensor und/oder einen Schwingungssensor handeln kann. Die Sensoren 157 stehen jeweils mit dem Abschnitt 113-1 des Gehäuses 113 in Kontakt und befinden sich in der Gehäuseöffnung 139 außerhalb der umlaufenden Dichtung 118. Um den Kontakt zwischen einem Sensor 157 und dem Abschnitt 113-1 des Gehäuses 113 herzustellen, kann der Sensor 157 mit einem nicht dargestellten Federelement beaufschlagt werden, so dass der Sensor 157 an dem Abschnitt 113-1 oder einem weiteren Bauteil der Vakuumpumpe anliegt, welches der ersten Platine 131 benachbart ist, um beispielsweise die Temperatur und/oder den Schwingungszustand des Abschnitts 113-1 oder des weiteren Bauteils zu erfassen. Somit dient die erste Platine 131 in beiden Fällen nicht nur als reine Vakuumdurchführung 135, sondern sie ist Teil der Steuerung für die Vakuumpumpe 111, indem die Sensoren 157 Parameter für den Betrieb der Vakuumpumpe 111 erfassen, wie beispielsweise die Temperatur im Innenraum 115.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vakuumpumpe
- 12
- Einlassflansch
- 14
- Pumpeneinlass
- 16
- Gehäuse
- 18
- Rotationsachse
- 20
- Rotorwelle
- 22
- Rotorscheibe
- 24
- Statorscheibe
- 26
- Distanzring
- 28
- Schöpfbereich
- 30
- Pfeil
- 32
- Rotornabe
- 34
- Holweck-Rotorhülse
- 36
- Holweck-Rotorhülse
- 38
- Holweck-Statorhülse
- 40
- Holweck-Statorhülse
- 42
- Wälzlager
- 44
- Permanentmagnetlager
- 46
- rotorseitige Lagerhälfte
- 48
- statorseitige Lagerhälfte
- 50
- permanentmagnetischer Ring
- 52
- permanentmagnetischer Ring
- 54
- radialer Lagerspalt
- 56
- Not- oder Fanglager
- 58
- konische Spritzmutter
- 60
- saugfähige Scheibe
- 62
- Antriebsmotor
- 64
- Steuereinheit
- 66
- Motorstator
- 68
- Leiter
- 70
- Gang
- 72
- Anschlusselement
- 76
- Vakuumbereich
- 78
- O-Ring
- 80
- Bereich auf Atmosphärendruck
- 111, 111'
- Vakuumpumpe
- 113, 113'
- Gehäuse
- 113-1, 113-2
- Gehäuseabschnitt
- 113-3, 113-4
- Gehäuseabschnitt
- 115, 115'
- Innenraum
- 115-1, 115'-1
- Ausstoßbereich
- 115-2, 115'-2
- Ansaugbereich
- 117, 117'
- Außenraum
- 118,118'
- Dichtung
- 119, 119'
- Steuereinheit
- 121'
- Haltekörper
- 123'
- Vakuumklemme
- 125, 125'
- Antriebsmotor
- 127, 127'
- Welle
- 129, 129'
- Rotor
- 131
- erste Platine
- 133
- zweite Platine
- 135
- Endabschnitt
- 137
- Steckkontakt, Buchse
- 139
- Gehäuseöffnung
- 140, 140'
- Mittelachse
- 141
- elektrisches und/oder elektronisches Element
- 143
- Betriebsmittelspeicher
- 145
- Sensor
- 147
- Aufnahme für ein Lager
- 149'
- mehrpoliger Stecker
- 151
- Durchbruch
- 153
- Motor- und Lagerraum
- 155
- Raum für pumpaktive Elemente
- 156
- Ausnehmung
- 157
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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