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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Screen, eine Turbomolekularpumpe und eine Pumpanordnung.
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Eine Turbomolekulardragpumpe enthält eine oder mehrere Pumpstufen in Form einer abwechselnden Anordnung von Statorelementen (Leitblechen), zwischen welchen Rotorelemente (Rotorblätter) mit einer Geschwindigkeit laufen, die vergleichbar mit der thermischen Geschwindigkeit der Moleküle ist. Jede Pumpstufe ist definiert durch ein Rotorelement und ein Statorelement in Serie, wobei Turbomolekular-Pumpstufen in Serie mit Molekular-Dragstufen angeordnet sind, die üblicherweise auf Basis des Siegbahn-Pumpmechanismus arbeiten.
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Zusammenstöße von Gasmolekülen mit den Rotorelementen bewirken einen Impulsübertrag von der schnell bewegten Oberfläche direkt auf die Gasmoleküle, wodurch die Gaspartikel von einem Einlass der Pumpe zu einem Auslass gepumpt werden. Insbesondere was die Drag-Stufen betrifft, basiert der Pumpmechanismus auf einem „Drag“-Effekt, der auf die Gasmoleküle einwirkt, die entlang einiger Pumpkanäle fließen, die an dem gedrehten oder gefrästen Statorelement vorgesehen sind. Dies erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Fluss-Regimes (molekulares Regime, Übergangsregime, sowie unter bestimmten Bedingungen viskoses Regime), die sich im Inneren der Turbomolekularpumpe ausbilden. Es gibt unterschiedliche Typen von Drag-Mechanismen, zum Beispiel den Siegbahn-Pumpmechanismus und den Holweck-Pumpmechanismus. Der Siegbahn-Pumpmechanismus basiert auf einem scheibenförmigen Laufrad und einer variablen Anzahl spiralförmiger Kanäle, die an dem Statorelement ausgebildet werden, wobei parallel in Zentrifugal- und Zentripetalrichtung gepumpt werden kann. Enges axiales Spiel zwischen der Rotorscheibe und Spiralkanal-trennenden Flügeln ist kritisch, um eine gute Leistungsfähigkeit des Pumpens zu erreichen. Der Siegbahn-Pumpmechanismus basiert auf dem Gaede-Pumpmechanismus, bei dem eine Trommel bei hoher Geschwindigkeit im Inneren einer Umhüllung rotiert, wodurch ein Toroid-Kanal mit rechteckigen Querschnitt gebildet wird. Ein integral mit dem Statorelement ausgebildetes Septum („stripper“) belässt ein sehr enges Spiel nahe dem Rotorelement und trennt den Einlass von dem Auslass der Pumpe, wodurch in Abwesenheit einer Massenflussrate ein Druckunterschied zwischen den beiden generiert wird. Bei dem Holweck-Pumpmechanismus hat das Laufrad die Gestalt einer Trommel, wohingegen das Statorelement mit parallelen helikalen Nuten ausgebildet ist, getrennt durch Flügel. Das radiale Spiel zwischen Rotortrommel und Statorflügeln hat einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Pumpe.
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Bekannte Turbomolekularpumpen weisen einen Screen zum Zurückhalten von Partikeln insbesondere vor einem Eindringen in die Turbomolekularpumpe auf. 2 bis 4 zeigen herkömmliche Screens einer Turbomolekularpumpe.
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2 zeigt einen Screen 200 unterhalb eines Zentrierrings 202 im Einlassbereich 204 einer herkömmlichen Turbomolekularpumpe 206, die in einem Gehäuse 212 Statorelemente 208 und Rotorelemente 210 aufweist. Gemäß 2 ist der Screen 200 rund und gewölbt und ist an seinem Außendurchmesser an dem Einlassbereich 204 montiert. Der Screen 200 wird montiert, indem der Screen 200 auf den Einlassbereich 204 aufgesetzt wird und dann der Zentrierring 202 der Turbomolekularpumpe 206 aufgesetzt wird. Die Prozeduren des Montierens und Demontierens des Screens 200 erfordern ein spezielles Werkzeug. Der in 2 dargestellte Screen 200 erfordert ein großes Spiel zwischen dem Rotor und dem Einlass der Turbomolekularpumpe 206, erhöht die Höhe der Turbomolekularpumpe 206 und verringert die Leistungsfähigkeit der Turbomolekularpumpe 206 aufgrund seiner Konduktanz.
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Gemäß 3 wird ein runder und flacher Screen 200 an seinem Außendurchmesser an dem Einlassbereich 204 montiert. Aufgrund von Toleranzen dieser Bauteile besteht bei der beschriebenen Variante eine Unbestimmtheit hinsichtlich der Montage. Darüber hinaus ist die Variante gemäß 3 vibrationsanfällig.
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Gemäß 4 ist der Screen 200 rund und flach und ist in dem Zentrierring 202 montiert.
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Allerdings besteht ein Bedarf an einer Turbomolekularpumpe mit einem Screen, der in präzise definierter Weise und ohne Vibrationsanfälligkeit montiert werden kann.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Turbomolekularpumpe mit einem Screen bereitzustellen, der in präzise definierter Weise und ohne Vibrationsanfälligkeit betrieben werden kann. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Screen (auch als Inlet-Screen bezeichnet) für eine Turbomolekularpumpe zum Abführen von Medium aus einem zu evakuierenden Raum (d.h. einem an die Turbomolekularpumpe anzuschließenden Raum einer jeweiligen Applikation) bereitgestellt, wobei der Screen ein Filter zum Zurückhalten von Partikeln und mindestens ein Aufnahmeelement zum Aufnehmen von mindestens einem Befestigungselement zum Befestigen des Screens in einem Anschlussbereich zwischen der Turbomolekularpumpe und dem zu evakuierenden Raum aufweist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Turbomolekularpumpe zum Abführen von Medium (insbesondere Gas) aus einem zu evakuierenden Raum (insbesondere einer angeschlossenen Applikation) geschaffen, wobei die Turbomolekularpumpe einen Einlassabschnitt (zum Einlassen des zu pumpenden Mediums, insbesondere im Bereich eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe) zum Anschließen an den zu evakuierenden Raum, mindestens ein Statorelement (insbesondere in dem Gehäuse), und mindestens ein Rotorelement (insbesondere in dem Gehäuse) aufweist, wobei der Einlassabschnitt konfiguriert ist, daran mittels mindestens eines Befestigungselements einen Screen mit den oben beschriebenen Merkmalen zu montieren.
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Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Pumpanordnung geschaffen, die eine Turbomolekularpumpe (zum Beispiel mit mindestens einem Statorelement und mindestens einem Rotorelement) aufweist, die zum Abführen von Medium aus einem zu evakuierenden Raum ausgebildet ist und einen Einlassabschnitt (zum Einlassen des zu pumpenden Mediums aus dem zu evakuierenden Raum) zum Anschließen an den zu evakuierenden Raum aufweist. Die Pumpanordnung kann ferner den zu evakuierenden Raum mit einem Auslassabschnitt (insbesondere zum Auslassen von zu pumpendem Medium in die Turbomolekularpumpe) zum Anschließen an den Einlassabschnitt der Turbomolekularpumpe und einen Screen mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweisen. Der Auslassabschnitt kann konfiguriert sein, daran mittels mindestens eines Befestigungselements den Screen an dem zu evakuierenden Raum zu montieren (insbesondere kann der Screen an dem Auslassabschnitt des zu evakuierenden Raums montiert sein).
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Screen für eine Turbomolekularpumpe geschaffen, welcher Screen mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente fest, aber lösbar an dem Einlassabschnitt des Gehäuses der Turbomolekularpumpe befestigt wird. Dadurch wird eine Turbomolekularpumpe mit einem Screen geschaffen, der in präzise definierter Weise und ohne Vibrationsanfälligkeit montiert werden kann. Der dadurch erreichte Vibrationsschutz kann auch zu einer verringerten Geräuschentwicklung der Turbomolekularpumpe führen. Ein solcher Screen kann zum Zurückhalten von Schmutzpartikeln vor einem Eindringen in die Turbomolekularpumpe dienen. Darüber hinaus kann ein solcher Screen die Aufgabe erfüllen, bei einem Crash der Turbomolekularpumpe (insbesondere einem zumindest teilweisen Zerstören der Rotorelemente bzw. der Statorelemente) Teile vor einem unerwünschten Eindringen in den zu evakuierenden Raum zu hindern. Auch kann die Betriebssicherheit für einen Benutzer verbessert werden, wenn ein Screen zwischen Turbomolekularpumpe und zu evakuierendem Raum vorgesehen bzw. zwischengeordnet wird. Anschaulich kann ein solcher Screen als Grobfilter und Schutzbarriere dienen, der gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Turbomolekularpumpe weitgehend unbeeinträchtigt lässt.
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Alternativ oder ergänzend zum Vorsehen des Screens im Bereich des Einlassabschnitts der Turbomolekularpumpe ist es auch möglich, einen Screen im Auslassbereich eines zu evakuierenden Raums anzuordnen und dort mit mindestens einem Befestigungselement fest, aber lösbar zu befestigen, wobei der zu evakuierende Raum mit einem Flanschabschnitt der Turbomolekularpumpe fluiddicht verbunden und zum Pumpen in Wirkverbindung gebracht werden kann.
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Indem der Screen mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente wahlweise rigide an der Turbomolekularpumpe bzw. dem zu evakuierenden Raum befestigt oder selektiv davon gelöst werden kann, ist einerseits ein geräuscharmer und sicherer Betrieb der Turbomolekularpumpe ermöglicht. Andererseits hat ein Benutzer aber auch die freie Wahl, durch Lösen des mindestens ein Befestigungselements den Screen abzunehmen und die Turbomolekularpumpe ohne Screen zu betreiben. Letzteres kann für Applikationen wünschenswert sein, bei denen höchste Pumpperformance im Fokus ist, da ein Screen eine gewisse Reduktion der Performance einer Turbomolekularpumpe mit sich bringt. Die Flexibilität beim Betrieb einer Turbomolekularpumpe kann durch Ausführungsbeispiele der Erfindung dadurch signifikant erhöht werden.
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Im Weiteren werden weitere Ausgestaltungen des Screens, der Turbomolekularpumpe und der Pumpanordnung beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zwischen dem mindestens einen Statorelement und dem mindestens einen Rotorelement ein Kanal gebildet sein, entlang welchem während Rotierens des mindestens einen Rotorelements zu pumpendes Medium aus dem zu evakuierenden Raum in einen Auspuff abführbar ist. Zu pumpendes Medium wird daher entlang von einem oder mehreren mediumfördernden Kanälen zwischen dem oder den Statorelementen und dem oder den Rotorelementen von dem zu evakuierenden Raum weggepumpt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Screen eine Mehrzahl von Aufnahmeelementen zum Aufnehmen eine Mehrzahl von Befestigungselementen zum Befestigen des Screens in dem Anschlussbereich zwischen der Turbomolekularpumpe und dem zu evakuierenden Raum aufweisen. Das Vorsehen mehrerer Befestigungselemente erlaubt eine gleichmäßigere Verteilung der Befestigungskraft und erhöht daher weiter die Vibrationsfestigkeit.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Aufnahmeelemente entlang eines Umfangs des Filters angeordnet sein, insbesondere in äquidistanten (Winkel-)Abständen angeordnet sein. Zum Beispiel können mindestens drei, insbesondere mindestens sechs, weiter insbesondere mindestens acht Befestigungselemente in gleichmäßigen Winkelabständen um den Umfang des Screens herum angeordnet werden. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige und kraftarme Befestigung ohne Kraftspitzen erreicht werden und ein besonders wirksamer Schutz gegen Vibrationen ermöglicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Aufnahmeelemente als Laschen mit Aufnahmeloch ausgebildet sein, wobei die Laschen radial nach außen überstehend entlang eines umfänglichen Rands des Filters angeordnet sind. Solche Laschen können zum Beispiel im Wesentlichen U-förmige Körper sein, die einstückig an ein zum Beispiel kreisscheibenförmiges Filter radial nach außen überstehend angestückt werden können. Auf diese Weise kann platzsparend und wirksam eine vibrationsfeste Montage des Screens durchgeführt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Einlassabschnitt Aufnahmenuten aufweisen, die zum Aufnehmen der oben beschriebenen Laschen des Screens mit den Aufnahmelöchern geformt und an den Aufnahmenuten mit Gewindelöchern versehen sind. Anschaulich können die Aufnahmenuten eine gegenüber den Laschen inverse Form aufweisen und diese daher im Wesentlichen formschlüssig, aber mit ausreichendem Spiel, aufnehmen. Dies gestaltet die Montage für einen Benutzer intuitiv und verunmöglicht eine fehlerhafte Montage.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Aufnahmeelemente als Aufnahmelöcher in einem Verstärkungsring ausgebildet sein, der sich entlang eines umfänglichen Rands des Filters erstreckt. Der Verstärkungsring kann sich direkt an den Filter anschließen und vollumfänglich eine hohe Stabilität des Screens ermöglichen. Gleichzeitig können in platzsparender und mechanisch stabiler Weise Durchgangslöcher in dem Verstärkungsring zur Aufnahme der Befestigungselemente dienen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Einlassabschnitt eine Aufnahmenut aufweisen, die zum Aufnehmen des oben beschriebenen Verstärkungsrings des Screens mit den Aufnahmelöchern geformt und entsprechend der Abfolge von Aufnahmelöchern mit Gewindelöchern versehen ist. Die Aufnahmenut kann also ringförmig ausgebildet sein und geformt und dimensioniert sein, um den Verstärkungsring des Screens genau aufnehmen zu können. Auf diese Weise ist eine benutzerfreundliche und fehlerrobuste Montage möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Filter eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Streben aufweisen, zwischen denen Durchgangslöcher gebildet sind. Auf diese Weise kann zum Beispiel durch verbundene Filamente eine Netzstruktur geschaffen werden, welche größere Partikel vor einem Eindringen in das Innere der Turbomolekularpumpe abhalten. Zum Beispiel können die Streben eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm haben, weiter insbesondere zum Beispiel eine Dicke von 0,3 mm haben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann mittels der Streben eine Wabenstruktur gebildet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung können mittels der Streben hexagonale Strukturen generiert werden, die ein regelmäßiges und mechanisch sehr stabiles Wabenmuster bilden.
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Löcher in dem Filter des Screens, insbesondere bei Verwendung einer Wabenstruktur, können gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung zum Beispiel einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 1 mm und 10 mm haben, insbesondere zwischen 3 mm und 6 mm, zum Beispiel 5 mm. Dadurch ist einerseits ein Eindringen grober Verschmutzungen oder von Komponenten der Pumpanordnung in die Turbomolekularpumpe bzw. den zu evakuierenden Raum zuverlässig vermieden, andererseits aber auch die zusätzliche fluidische Restriktion und folglich Verringerung der Performance der Turbomolekularpumpe durch Vorsehen des Screens vertretbar gering.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Turbomolekularpumpe eine Mehrzahl von Befestigungselementen aufweisen. Die Befestigungselemente können zum Beispiel einen Kopf mit einem Antrieb (zum Beispiel einem Kreuzschlitz, einem Längsschlitz oder einem Imbus) aufweisen, um von einem Antriebselement (zum Beispiel einem Schraubendreher oder einem Akkuschrauber) angetrieben werden zu können. Darüber hinaus können die Befestigungselemente einen Schaft aufweisen, der sich durch ein jeweiliges Aufnahmeloch des Einlassscreens hindurch erstrecken kann. Der Schaft kann ein Außengewinde zum Ausbilden einer Gewindeverbindung mit einem Innengewinde eines Gewindelochs in dem Einlassabschnitt des Gehäuses der Turbomolekularpumpe aufweisen.
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Insbesondere kann das mindestens eine Befestigungselement also eine Schraube sein, die durch mindestens ein Aufnahmeloch des Screens in mindestens ein Gewindeloch in dem Einlassabschnitt einführbar ist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die Verbindung zwischen dem Screen und dem Einlassabschnitt der Turbomolekularpumpe anderweitig erfolgen, zum Beispiel durch eine Rastverbindung, eine Bajonettverbindung, eine Spreizverbindung, etc., vermittelt durch ein entsprechendes Befestigungselement.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das mindestens eine Befestigungselement als elastisches Federelement bzw. Seegerring ausgebildet sein. Ein solcher Seegerring, Sicherungsring oder Nutenring ist ein Maschinenelement zur axialen Lagesicherung von Bolzen in Bohrungen oder von Bauteilen und kann zum Beispiel nach DIN 471 und DIN 472 ausgebildet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Einlassabschnitt einen Gehäuseflansch aufweisen, der konfiguriert ist, mittels des mindestens einen Befestigungselements den Screen direkt an dem Gehäuseflansch des Einlassabschnitts zu montieren. Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Screen also direkt bzw. unmittelbar an einem Gehäuse bzw. Gehäuseflansch der Turbomolekularpumpe mittels des mindestens einen Befestigungselements montiert werden (vergleiche zum Beispiel 8 und 12).
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Turbomolekularpumpe eine Anpassungseinrichtung zum Anpassen der Turbomolekularpumpe und des zu evakuierenden Raums aufeinander im Bereich des Einlassabschnitts aufweisen, wobei die Anpassungseinrichtung konfiguriert ist, daran mittels des mindestens einen Befestigungselements den Screen direkt (und somit nur indirekt an dem Gehäuse) zu montieren. Eine solche Anpassungseinrichtung kann zum Beispiel als Adapter, Interface oder Envelope ausgebildet sein, an dem die eigentliche Befestigung des Screens mittels des mindestens einen Befestigungselements erfolgt. Eine solche Anpassungseinrichtung kann zum Beispiel zwischen der Turbomolekularpumpe und dem zu evakuierenden Raum angeordnet werden und kann gegebenenfalls auch zumindest einen Teil des Gehäuses der Turbomolekularpumpe umschließen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können der Einlassabschnitt und der Screen derart aufeinander abgestimmt sein, dass im montierten Zustand zwischen einem äußeren Umfang des Screens und einem inneren Umfang des Einlassabschnitts ein Spiel verbleibt. Dadurch ist auch bei Auftreten von technisch bedingten Toleranzen hinsichtlich der Dimensionierung des Screens bzw. des Einlassabschnitts der Turbomolekularpumpe eine zuverlässige Montage ermöglicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann im montierten Zustand der Screen sich bis in das Gehäuse der Turbomolekularpumpe hinein erstrecken. Es ist auch möglich, dass sich im montierten Zustand der Screen bis in die Vakuumkammer hinein erstreckt. Auch ist eine Montage des Screens im Außenbereich der Turbomolekularpumpe möglich. Ferner ist es möglich, dass der Screen in einen Zentrierring eingesetzt wird und dann eine endgültige Montage an dem Einlassabschnitt mittels der Befestigungselemente erfolgt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Screen als flacher bzw. ebener Körper gefertigt werden. Dadurch ist eine platzsparende Montage an der Turbomolekularpumpe und/oder dem zu evakuierenden Raum ermöglicht, die bzw. der daher sehr kompakt ausgebildet werden kann. Zum Beispiel kann der Screen die Form einer ebenen Scheibe aufweisen.
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Alternativ ist es auch möglich, dass der Screen gewölbt ausgebildet wird. Allgemein kann der Screen in verschiedenen Ausführungsbeispielen flexibel mit unterschiedlichen Formen und Größen gefertigt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Umfang des Screen im Wesentlichen kreisförmig oder im Wesentlichen polygonal, insbesondere im Wesentlichen rechteckig (weiter insbesondere rechteckförmig mit abgerundeten Ecken) ausgebildet sein. Insbesondere bei in Draufsicht nichtkreisförmiger Geometrie ist die Befestigung eines solchen Screens mittels mindestens eines Befestigungselements besonders einfach und flexibel möglich. Wenn ein Screen gemäß einem Ausführungsbeispiel, anders als bei herkömmlichen Ausführungsformen, mittels mindestens eines Befestigungselements befestigt wird anstatt lose auf einen Flansch oder dergleichen aufgelegt zu werden, ist eine Anpassung auch auf Geometrien mit starker Abweichung von Kreisform möglich.
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Figurenliste
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Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt einen Querschnitt einer Turbomolekularpumpe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einem Implementieren eines Screens.
- 2 bis 4 zeigen herkömmliche Screens einer Turbomolekularpumpe.
- 5 zeigt einen Screen für eine Turbomolekularpumpe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 6 zeigt einen Einlassabschnitt einer Turbomolekularpumpe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Zusammenwirken mit dem Screen gemäß 5.
- 7 zeigt den Screen gemäß 5 in einem auf den Einlassabschnitt gemäß 6 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Befestigung von Befestigungselementen.
- 8 zeigt den Screen gemäß 5 in einem auf den Einlassabschnitt gemäß 6 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Befestigung von Befestigungselementen.
- 9 zeigt einen Screen für eine Turbomolekularpumpe gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 10 zeigt einen Einlassabschnitt einer Turbomolekularpumpe gemäß dem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Zusammenwirken mit dem Screen gemäß 9.
- 11 zeigt den Screen gemäß 9 in einem auf den Einlassabschnitt gemäß 10 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe gemäß dem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Befestigung von Befestigungselementen.
- 12 zeigt den Screen gemäß 9 in einem auf den Einlassabschnitt gemäß 10 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe gemäß dem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Befestigung von Befestigungselementen.
- 13 zeigt schematisch eine Pumpanordnung mit einer Turbomolekularpumpe und einem zu evakuierenden Raum gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Screen, zum Beispiel gemäß 5 oder 9, an einem Verbindungsflansch des zu evakuierenden Raums zum Verbinden mit einem Gehäuseflansch der Turbomolekularpumpe lösbar befestigt ist.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Turbomolekularpumpe 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Turbomolekularpumpe 100 hat Turbostufen 150 und Drag-Stufen 152.
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Aus der Querschnittansicht der Turbomolekularpumpe 100 gemäß 1 ist ersichtlich, dass diese ein Pumpengehäuse 104 aufweist, an das ein zu evakuierender Raum 102 im gezeigten Ausführungsbeispiel oberseitig anschließbar ist. Die Gasmoleküle (oder allgemeiner Medium genannt) aus dem zu evakuierenden Raum 102 bewegen sich dabei entlang von Zwischenräumen zwischen räumlich an dem Pumpengehäuse 104 fixierten Statorelementen 106 (alternativ kann auch nur ein einziges Statorelement 106 vorgesehen sein) und rotierfähig in dem Pumpengehäuse 104 gelagerten Rotorelementen 108 (alternativ kann auch nur ein einziges Rotorelement 108 vorgesehen sein), um unterseitig aus der Turbomolekularpumpe 100 in einen an einen Auspuff 116 angeschlossenen Raum einzutreten, in dem Vorvakuum herrscht, welches insbesondere von einer Vorvakuumpumpe erzeugt werden kann. Unter dem Begriff „Vorvakuum“ wird hierbei insbesondere ein Druck verstanden, der niedriger als ein umgebener Atmosphärendruck ist und welcher der Turbomolekularpumpe 100 bereitgestellt wird, um deren Betriebsweise zu ermöglichen. Die Rotorelemente 108 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem rotierfähigen Rotationskörper 120 angeformt.
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In 1 sind mehrere Ebenen von Statorelementen 106 gezeigt, die statisch an das statische und im Laborsystem ruhende Pumpengehäuse 104 angeschlossen sind. Die Statorelemente 106 sind im Inneren des Pumpengehäuses 104 angeordnet. Ebenfalls im Inneren des Pumpengehäuses 104 montiert ist jedes der Mehrzahl von drehfähig gelagerten Rotorelementen 108, die durch eine zentrale Welle 118 (siehe rotierfähiger Rotationskörper 120 in 1, der die Welle 118 umgebend und mit dieser mitrotierend ausgebildet ist) in Rotation versetzt werden können, zum Beispiel mit 110 Umdrehungen pro Sekunde. Eine Rotationsachse verläuft gemäß 1 in vertikaler Richtung. Die Rotorelemente 108 und die Statorelemente 106 können zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Nach dem an sich bekannten Prinzip einer Turbomolekularpumpe sind die Statorelemente 106 und die Rotorelemente 108 axial alternierend entlang des rotierfähigen Rotationskörpers 120 derart angeordnet, dass aus dem zu evakuierenden Raum 102 abzupumpendes Gas entlang von Kanälen zwischen den Statorelementen 106 und den Rotorelementen 108 entlang einer umlaufenden Trajektorie abgeführt wird.
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Während der Rotation der Rotorelemente 108 wird das Gas von dem zu evakuierenden Raum 102 in Richtung des in 1 dargestellten Auspuffs 116, das heißt zu dem Vorvakuum, transportiert, um dort aus der Turbomolekularpumpe 100 (die auch als Turbomolekulardragpumpe bezeichnet werden kann) auszutreten.
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Da, wie in 1 gezeigt, die Statorelemente 106 und die Rotorelemente 108 in vertikaler Richtung alternierend bzw. abwechselnd angeordnet sind, wird aus dem zu evakuierenden Raum 102 abzupumpendes Medium entlang der Kanäle zwischen den Statorelementen 106 und den Rotorelementen 108 abgeführt.
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Somit ist die in 1 dargestellte Turbomolekularpumpe 100 zum Erzeugen eines Vakuums in dem zu evakuierenden Raum 102 ausgebildet. Das Pumpengehäuse 104 ist mit einem Flansch als Anschluss zum Anschließen an den zu evakuierenden Raum 102 versehen. Mehrere Statorelemente 106 sowie mehrere Rotorelemente 108 sind in dem Gehäuse 104 vorgesehen.
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Das Gehäuse 104 ist, obgleich dies in 1 nicht dargestellt ist, mit einem in 6 bis 8 und 10 bis 12 zu erkennenden Einlassabschnitt 158 zum Anschließen an den zu evakuierenden Raum 102 versehen. Der Einlassabschnitt 158 ist konfiguriert, daran mittels mindestens eines Befestigungselements (siehe Bezugszeichen 156 in 7) einen Screen 150 zu montieren, der zum Beispiel gemäß 5 oder gemäß 9 ausgebildet sein kann.
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Ausgestaltungen des Einlassabschnitts 158 der Turbomolekularpumpe 100 sowie des Screen 150 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im Weiteren näher beschrieben:
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5 zeigt einen Screen 150 (Inlet-Screen) für eine Turbomolekularpumpe 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. 6 zeigt einen Einlassabschnitt 158 der Turbomolekularpumpe 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, an dem der Screen 150 gemäß 5 mittels in 7 dargestellter Befestigungselemente 156 vibrationsfest befestigt werden kann. 7 zeigt den Screen 150 gemäß 5 in einem auf den Einlassabschnitt 158 gemäß 6 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe 100 gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Befestigung der Befestigungselemente 156. 8 zeigt den Screen 150 gemäß 5 in einem auf den Einlassabschnitt 158 gemäß 6 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe 100 gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Befestigung der Befestigungselemente 156.
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5 zeigt also eine räumliche Ansicht des Screens 150, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ebene Scheibe mit radial nach außen überstehenden Befestigungsüberständen ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel acht (alternativ zum Beispiel drei oder sechs) Aufnahmeelemente 154 sind entlang eines Umfangs eines zentralen Filters 152 in äquidistanten Winkelabständen (45° im gezeigten Beispiel) angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmeelemente 154 als im Wesentlichen U-förmige Laschen 160 mit einem jeweiligen Aufnahmeloch 162 ausgebildet, das als Durchgangsloch in der jeweiligen Lasche 160 geformt ist. Jede der Laschen 160 ist radial nach außen überstehend entlang eines umfänglichen Rands des Filters 152 angeordnet. In jedes der Aufnahmelöcher 162 kann zum Montieren des Screens 150 am Eingangsbereich 158 einer Turbomolekularpumpe 100 ein jeweiliges Befestigungselement 156 durchgesteckt und in dem jeweiligen Aufnahmeloch 162 festgeschraubt werden, wodurch der Screen 150 an den Eingangsbereich 158 gepresst und dadurch vibrationsfest, aber wieder lösbar, befestigt wird.
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Wie in einem Detail 190 in 5 dargestellt, kann das Filter 152 als Vielzahl von miteinander verbundenen Streben 166 ausgebildet sein, zwischen denen kleine Durchgangslöcher 168 gebildet sind. Die Durchgangslöcher 168 sind so bemessen, dass Gas durch diese mit geringem Strömungswiderstand hindurchströmen kann, makroskopische Partikel aber vor einem Eindringen in das Innere der Turbomolekularpumpe 100 zuverlässig geschützt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist mittels der filamentartigen Streben 166 eine Wabenstruktur gebildet.
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Nun bezugnehmend auf 6 ist dargestellt, dass der Einlassabschnitt 158 (im gezeigten Ausführungsbeispiel acht, alternativ zum Beispiel drei oder sechs) Aufnahmenuten 172 aufweist, die in einer Stirnfläche des Gehäuses 104 als Vertiefungen eingeformt sind. Jede der Aufnahmenuten 172 dient zum Aufnehmen von einer jeweiligen der Laschen 160 des Screens 150, wenn der Screen 150 zum Abdecken einer Zugangsöffnung 192 zum Inneren der Turbomolekularpumpe 100 auf die Stirnfläche aufgesetzt wird. Im in 7 dargestellten aufgesetzten Zustand des Screens 150 auf der Stirnfläche der Turbomolekularpumpe 100 fluchtet ein jeweiliges der Aufnahmelöcher 162 mit einem jeweiligen von an den Aufnahmenuten 172 gebildeten Gewindelöchern 170, die sich in die Stirnfläche des Gehäuses 104 hinein erstrecken. Obgleich dies in der Figur nicht zu erkennen ist, ist jedes der Gewindelöcher 170 mit einem Innengewinde versehen, das zu einem Außengewinde am Schaft eines jeweiligen Befestigungselements 156 korrespondiert. Gemäß 6 weist der Einlassabschnitt 158 also einen Gehäuseflansch auf, der konfiguriert ist, mittels der Befestigungselemente 156 den Screen 150 direkt an dem Gehäuseflansch des Einlassabschnitts 158 zu montieren.
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Obgleich dies in der Figur nicht gezeigt ist, ist es alternativ zu 6 auch möglich, die Turbomolekularpumpe mit einer Anpassungseinrichtung zum Anpassen der Turbomolekularpumpe 100 und des zu evakuierenden Raums 102 aufeinander im Bereich des Einlassabschnitts 158 auszustatten. Eine solche Anpassungseinrichtung kann zum Beispiel ein Envelope oder ein anderes Verbindungsstück sein. Die Anpassungseinrichtung kann konfiguriert sein, daran mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente 156 den Screen 150 direkt zu montieren.
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In 7 und 8 ist dargestellt, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Befestigungselemente 156 als Schrauben ausgebildet sind. Jede der Schrauben wird durch ein jeweiliges Aufnahmeloch 162 der Laschen 160 des Screens 150 durchgesteckt und in das zugehörige, zu dem Aufnahmeloch 162 ausgerichtete Gewindeloch 170 in dem Einlassabschnitt 158 eingeführt und dabei verschraubt.
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Mit Bezugszeichen 194 ist in 8 dargestellt, dass der Einlassabschnitt 158 und der Screen 150 derart aufeinander abgestimmt sind, dass im montierten Zustand zwischen einem äußeren Umfang des Screens 150 und einem inneren Umfang des Einlassabschnitts 158 ein Spiel verbleibt. Anders ausgedrückt verbleibt ein ausreichendes Spiel zwischen den zusammenwirkenden Teilen des Screens 150 und des Einlassabschnitts 158, um Toleranzen auszugleichen.
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Im montierten Zustand des Screens 150 erstreckt sich dieser bis an den Rand einer Vakuumkammer der Turbomolekularpumpe 100 hin. In anderen Ausführungsbeispielen ist es jedoch auch möglich, dass sich der Screen 150 in die Vakuumkammer hinein erstreckt, mit einem Zentrierring (nicht gezeigt in 5 bis 8) verbunden wird und/oder an einer anderen Position der Turbomolekularpumpe 100 montiert wird.
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9 zeigt einen Screen 150 für eine Turbomolekularpumpe 100 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. 10 zeigt einen Einlassabschnitt 158 der Turbomolekularpumpe 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Zusammenwirken mit dem Screen 150 gemäß 9. 11 zeigt den Screen 150 gemäß 9 in einem auf den Einlassabschnitt 158 gemäß 10 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe 100 gemäß dem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Befestigung von Befestigungselementen 156. 12 zeigt den Screen 150 gemäß 9 in einem auf den Einlassabschnitt 158 gemäß 10 aufgesetzten Zustand der Turbomolekularpumpe 100 gemäß dem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Befestigung von Befestigungselementen 156.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 bis 8 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 bis 12 die Aufnahmeelemente 154 das Screens 150 als Aufnahmelöcher 162 in einem am Außenumfang des Screens 150 vorgesehenen Verstärkungsring 164 ausgebildet, der sich entlang eines umfänglichen Außenrands des als Filamentnetz ausgebildeten Filters 152 erstreckt. Der Verstärkungsring 164 umfasst also außenseitig das Filter 152 und ist mit (im gezeigten Ausführungsbeispiel acht) Durchgangslöchern versehen, welche die Aufnahmelöcher 162 bilden.
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In entsprechender Weise ist, wie in 10 dargestellt, der Einlassabschnitt 158 der Turbomolekularpumpe 100 mit einer ringförmigen Aufnahmenut 172 versehen, die in der Stirnfläche bzw. dem Flansch des Gehäuses 104 gebildet ist. Diese Aufnahmenut 172 dient zum Aufnehmen des Verstärkungsrings 164 des Screens 150, der dadurch die Zugangsöffnung 192 der Turbomolekularpumpe 100 verschließt, vergleiche 11. Die Abfolge der Aufnahmelöcher 162 in dem Verstärkungsring 164 entspricht der Abfolge von Gewindelöchern 170 (mit Innengewinde) der Aufnahmenut 172 in der Stirnfläche des Gehäuses 104.
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Zur Vervollständigung der Montage des Screens 150 an dem Einlassabschnitt 158 der Turbomolekularpumpe 100 werden die als Schrauben ausgebildeten Befestigungselemente 156 durch die Aufnahmelöcher 162 durchgesteckt und in die Gewindelöcher 170 eingeschraubt.
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13 zeigt schematisch eine Pumpanordnung 180 mit einer schematisch dargestellten Turbomolekularpumpe 100 (vergleiche 1) und einem daran angeschlossenen zu evakuierenden Raum 102 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Screen 150 (der zum Beispiel gemäß 5 oder 9 ausgebildet sein kann) anders als gemäß 5 bis 12 nicht an einem Gehäuseflansch der Turbomolekularpumpe 100, sondern an einem Verbindungsflansch des zu evakuierenden Raums 102 - und somit an dem zu evakuierenden Raum 102 - lösbar befestigt. Der Verbindungsflansch des zu evakuierenden Raums 102 wiederum ist mit einem Gehäuseflansch der Turbomolekularpumpe 100 befestigt.
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Die Pumpanordnung 180 gemäß 13 weist also die Turbomolekularpumpe 100 auf, die zum Abführen von Medium aus dem daran angeschlossenen und zu evakuierenden Raum 102 ausgebildet ist. Die Turbomolekularpumpe 100 weist einen Einlassabschnitt 158 zum Anschließen an den zu evakuierenden Raum 102 auf. Die Pumpanordnung 180 enthält ferner den zu evakuierenden Raum 102 mit einem Auslassabschnitt 182 zum Anschließen an den Einlassabschnitt 158 der Turbomolekularpumpe 100. An dem Auslassabschnitt 158 ist mittels mehrerer als Schrauben ausgebildeter Befestigungselemente 156 ein Screen 150 montiert, wie er oben beschrieben ist. Gemäß 13 ist der Screen 150 also nicht an der Turbomolekularpumpe 100 montiert, sondern an dem zu evakuierenden Raum 102.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 471 [0029]
- DIN [0029]
