DE202008017530U1

DE202008017530U1 - Vakuumpumpe oder Vakuumapparatur mit Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE202008017530U1
Application number: DE202008017530U
Authority: DE
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2018-02-22
Also published as: DE102007010068A1; GB0914697D0; US20140010676A1; GB2459233A; US8529218B2; WO2008104314A1; US20100098558A1; GB2459233B; US8858188B2

Abstract

Vakuumpumpe oder Vakuumapparatur mit Vakuumpumpe (12) zum Evakuieren eines oder mehrerer Volumina, wobei die Vakuumpumpe mehrere Druckstufen und mindestens zwei Saugeinlässe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Saugeinlass (15) für eine erste Druckstufe einen inneren Saugeinlass (13) für eine zweite Druckstufe räumlich umfasst, derart, dass der innere Saugeinlass nur gegen einen Druck innerhalb des äußeren Sauganschlusses abdichtet, nicht gegen einen Außendruck.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise auf eine mehrstufige Turbomolekularpumpe für Massenanalysatoren mit Hochvakuum und Ultrahochvakuum (UHV). Insbesondere geht es um Anwendungen in Verbindung mit elektrostatischen Analysatoren oder Ionenfallen. Andere Arten von Analysatoren sind ebenfalls verwendbar. Grundsätzlich geht es um Besonderheiten des Vakuumsystems, aus dem effizient abgepumpt wird unter Verwendung von mehrstufigen Pumpen. Hierzu zählt auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Evakuieren. Bevorzugte aber nicht ausschließliche Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind Laser, Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie, (Röntgen-)Photoelektronenspektroskopie (XPS, PES), Interferometer, Waferbeschichtung, Sputtern, Dampfbeschichtung (physical vapour deposition), Teilchenbeschleuniger.
Hintergrund der Erfindung
Die Anwendung mehrstufiger Pumpen ist weit verbreitet, insbesondere in Verbindung mit Massenspektrometern, wegen der Möglichkeit Kosten, Größe und Komplexität der Anlage insgesamt zu reduzieren und zwar ohne Gefährdung der hohen Vakuumpumpleistung. Für gewöhnlich sind das beste Vakuum und Saugvermögen an einem Einlass vorhanden, während nachgeordnete Einlässe ein Vakuum bereitstellen, welches zwischen dem besten Vakuum und dem Außendruck liegt. Zwei besonders bedeutende Bauarten sind bekannt:

– Mehrfach-Einlass-Pumpe mit mehreren Stufen (multi-port split-flow pump), wie in der US 6,464,451 und EP 0 603 694 offenbart, wobei jeder Einlass seine eigene Vakuumdichtung gegen Atmosphärendruck aufweist.
– Mehrfach-Einlass-Pumpe mit mehreren Stufen (multi-port split-flow pump), wie in der US 6,464,451 und EP 0 603 694 offenbart, wobei jeder Einlass seine eigene Vakuumdichtung gegen Atmosphärendruck aufweist.
– Mehrstufige Pumpen mit Einschub (cartridge split-flow pump), wie in der EP 1 422 423 und EP 1 090 231 offenbart, wobei die Pumpe in einer geeigneten Struktur angeordnet und mit dieser in ein Gehäuse eingesetzt ist. Typischerweise ist dabei nur der Auslass nahe dem Pumpenausgang mit einer Dichtung gegen Atmosphärendruck versehen, während andere Auslässe nur gegeneinander abgedichtet sind.

Beide Ansätze verursachen Probleme, sobald ein Ultrahochvakuum (UHV) erreicht werden soll, an einem Einlass der Pumpe oder an zwei Vakuumeinlässen. Da UHV üblicherweise Conflat (oder andere metallische) Dichtungen erfordert, kann es schwierig sein, dies in einer Pumpe mit mehreren Einlässen zu realisieren, insbesondere soweit zwei Vakuum-Einlässe an UHV liegen sollen. Die metallischen Dichtungen erfordern höchste Genauigkeit in der Anordnung der Dichtflächen. Soweit mehrere Einlässe mit metallischen Dichtungen vorgesehen sind, müssen diese passgenau aufeinander abgestimmt sein. Mit einer in einem Einschub angeordneten Pumpe muss das Ausheizen zum Erreichen der UHV-Bedingungen bei wesentlich geringeren Temperaturen durchgeführt werden um eine Beschädigung der Lager (des Pumpenrotors) zu vermeiden. Mit der Erfindung sollen die beschriebenen Probleme überwunden werden.
Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 und aus den weiteren Ansprüchen. Vorgeschlagen wird insbesondere eine Modifizierung des Pumpengehäuses (mit mehr als einem Saugeinlass) derart, dass der Pumpeneinlass mit dem niedrigsten Druck nicht gegen Atmosphärendruck abgedichtet ist und dass vorzugsweise nur der äußerste Pumpeneinlass eine Abdichtung gegenüber dem Atmosphärendruck aufweist, während jeder nachfolgende (UHV) Einlass nur von Bereichen umgeben ist, aus welchen über einen vorangehenden Einlass abgepumpt wird. Zusätzlich kann jeder nachfolgende (UHV) Einlass vom vorangehenden Einlass oder dem entsprechenden Bereich durch eine Metall-zu-Metall-Dichtung getrennt sein, welche keine wesentliche plastische Deformation des metallischen Dichtmaterials mit sich bringt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist demnach eine ”Vakuum-in-Vakuum”-Anordnung mit nur einer Stufe mit relativ höherem Druck, die eine Abdichtung gegenüber der Atmosphäre erfordert, während die übrigen Stufen vorzugsweise gegeneinander abgedichtet sind.
Die Lösung stellt einen integrierten Ansatz für die Konstruktion von Pumpe und Vakuumsystem dar, unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen an die Abdichtung und an die geometrischen Verhältnisse.
Bevorzugte Ausführungsform
Eine bevorzugte Ausführungsform (siehe auch 1) verwendet eine standardmäßige Turbomolekularpumpe, die in ein modifiziertes Gehäuse eingesetzt ist. Für typische massenspektrometrische Anwendungen kann zwischen Dichtungsflächen ein Dichtspalt von bis zu 100 microns (1 micron = 10^–6 m) bei einer Spalttiefe von 10 mm oder mehr, oder eine Spaltweite von < 50 microns und eine Spalttiefe von etwa 5 mm, etc., aufweisen. Ein Leitwert (total residual leakage conductivity) von etwa 10%–50% des Leitwerts zwischen den Druckstufen im Rezipienten, also typischerweise < 0,1 bis 0,3 Liter pro Sekunde in den UHV-Einlass ist normalerweise hinnehmbar.
Zur Vereinfachung der Herstellung kann das Gehäuse aus einigen konzentrischen Teilen gebildet sein, welche vor der endgültigen Bearbeitung ineinander gepresst werden.
Zur Verminderung der Erwärmung der Lager während des Ausheizens kann das Gehäuse der Turbopumpe aus Edelstahl bzw. rostfreiem Stahl (stainless steel) hergestellt sein, in derselben Weise wie dies für UHV-Pumpen üblich ist. Im Vergleich zu anderen Metallen hat rostfreier Stahl eine geringe thermische Leitfähigkeit.
In der Praxis ist das neue System nur ein anderes Gehäuse für eine ansonsten ”normale” Pumpe mit Kanälen, welche die höheren Druckstufen mit der Anschlussfläche verbinden.
In der bevorzugten Ausführungsform sind verschiedene Vakuumstufen umeinander herum angeordnet, mit Bereichen höheren Drucks um Bereiche niedrigeren Drucks herum. Dabei ist die Oberseite der Pumpe zugänglich, wenn der Pumpenteil vom Vakuum-System getrennt wird (die meisten Pumpen erfordern einen Zugang zum oberen Lager aus Wartungsgründen). Die Teile können natürlich auch in geometrisch anderer Anordnung vorgesehen sein als in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Viele Möglichkeiten bestehen für die Abdichtung der verschiedenen Oberflächen. Grundsätzlich ist es wichtig zu erkennen, dass mit einer geeigneten Anordnung nur der äußerste und dem höchsten Druck unterliegende Bereich eine komprimierbare oder deformierbare Dichtung benötigt. Die Abdichtung zwischen den einzelnen (differenziellen) Druckstufen unterliegt wesentlich geringeren Anforderungen, da die Leckrate dort vom Molekularstrom abhängt und nicht vom viskosen Strom. Anforderungen an die maximal zulässige ”Leck-Oberfläche” (leck surface) zwischen den verschiedenen Stufen können leicht ermittelt werden durch die effektive Pumpgeschwindigkeit der Pumpe.
Optional kann die äußerste Dichtung gebildet sein aus: Allen Arten von Elastomeren, einschließlich Viton, konventionelle Metalldichtungen sind nicht erforderlich aber möglich. Außerdem sind viele Polymere wie Teflon, Kel-F etc. möglich.
Eine komprimierbare äußere Dichtung hat den Vorteil, dass ein guter Kontakt mit den inneren Dichtflächen leichter erzielbar ist.
Optionen für die inneren Abdichtungen:

– Sofern gewünscht, können die internen Leckraten vermindert werden durch Verwendung deformierbarer Werkstoffe, wie Teflon, Kel-F oder Weichmetalle.
– Die Länge des effektiven Leckspalts (leak channel) zwischen den Stufen kann erhöht werden. In der Figur ist eine zylindrische Stufe vorgesehen, die um den UHV-Einlass herum hervorsteht (erfordert eine passende Ausnehmung auf Seiten des Rezipienten). Flache Dichtungen können ebenfalls verwendet werden (so wie zwischen der äußeren Stufe und der hierzu benachbarten Stufe), vorzugsweise mit polierten Metalloberflächen.
– Ein federndes Metallblatt kann durch Punktschweißen an der flachen Oberfläche befestigt werden, um einen schmalen Spalt ohne größere Anforderungen an die Toleranz sicherzustellen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform wird weiter unten im Zusammenhang mit 2 erläutert. Dort ist ein Orbitrap-Gehäuse (Orbitrap = eingetragene Marke der Thermo Finnigan LLC, San Jose, California, USA, Bezeichnung für ein spezielles Massenspektrometer) aus rostfreiem Stahl (stainless steel) innerhalb einer Kammer aus Aluminium angeordnet. Das Gehäuse kann auf flexiblen Halterungen ruhen, welche üblicherweise die Unterseite des Orbitrap-Gehäuses beaufschlagen, damit dieses um einen kleinen Betrag unter der Unterseite der Kammer hervorragt (vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm). Wenn das Pumpengehäuse von unten her gehalten ist und evakuiert wird, wird das Orbitrap-Gehäuse für eine diesem Betrag entsprechende Aufwärtsbewegung beaufschlagt bis zu einem zuverlässigen Fläche-an-Fläche-Kontakt zwischen den Metalloberflächen. Dies bewirkt eine gute Abdichtung zwischen den Oberflächen und ermöglicht relativ kurze Leck-Pfade (ca. 2 bis 5 mm).
Da das rostfreie Orbitrap-Gehäuse mit der Aluminiumkammer nur über dünne Rippen in Verbindung steht, wirken letztere als Wärmebarrieren. Dies ermöglicht eine Erwärmung des Gehäuses bis über 100C° bis 150°C (oder 200°C oder mehr), während das Aluminiumgehäuse unter 50C° bis 60°C bleibt. Naturgemäß ist vorzugsweise nur der Wärmepfad zur Kammer aus schlechter wärmeleitendem Werkstoff wie rostfreiem Stahl gefertigt, während das Orbitrap-Gehäuse im Übrigen aus Aluminium bestehen kann. Falls das Pumpen-Gehäuse ebenfalls aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, kann sein von Rotoren abgewandter Teil erwärmt werden bis über 80C° bis 100°C, während Rotoren und Lager unter 50C° bis 60°C bleiben.
Vorteile der Erfindung

– Mehrfacheinlässe können konzentrisch gefertigt werden, nur die äußerste Dichtung ist ein Elastomer, nicht jedoch die Dichtungen im UHV.
– UHV-Abdichtung ist erzielbar durch differenzielles Pumpen von potenziellen Lecks unter Verwendung vorangehender Einlässe. Dies ist besonders ökonomisch, wenn im Rezipienten ohnehin verschiedene Druckstufen vorhanden sind.

Für Massenspektrometer-Anwendungen können die erforderlichen Leckraten erzielt werden durch Verwendung von Metall-zu-Metall-Dichtungen, welche Rest-Leckströme zulassen und die ohne plastische Deformation entsprechender Metalle wirksam sind. Dies ermöglicht einen einfachen und schnellen Austausch der Pumpen.
Die Abwesenheit plastischer Deformation von Metallen im Bereich der Vakuumdichtungen bedeutet, dass die Vakuumkammer selbst aus weicherem Material gefertigt sein kann, z. B. Aluminium oder sogar ein Werkstoffverbund mit Metall nur im UHV-Bereich und im Übrigen aus Polymeren.
Die Anordnung erlaubt eine einfache Wartung und einen Austausch der Pumpe bei Fehlfunktion oder in regelmäßigen Abständen. Eine einfach gestaltete ”Anschlussfläche” (maintain surface) mit moderaten Anforderungen an die Ebenheit ist vorgesehen.
Verminderte Anforderungen an die mechanische Präzision sind möglich im Vergleich zu einer ”Einschub”-Ausführung ( EP 1 422 423 ).
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und aus der weiteren Beschreibung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Prinzipskizze (zum Teil als Querschnitt) eines Analysators mit Vakuumpumpe, wobei eine Pumpe über mehrere Druckstufen aus mehreren Kammern absaugt;
2 zeigt eine Vakuumpumpe, die mehrere Druckstufen aufweist, aber nur aus einer Kammer absaugt,
3 eine Prinzipskizze analog 1,
4a eine Prinzipskizze ähnlich 2, nämlich eine alternative Ausbildung der Vakuumpumpe gemäß 3 aber mit einer um 90° verdrehten Anordnung zum Anschluss an ein Analysator-Gehäuse,
4b eine Stirnansicht der Vakuumpumpe gemäß 4a.
Ein Massenspektrometer 10 weist in 1 einen Analysator 11 nach Art einer elektrostatischen Falle mit hyperlogarithmischem Feld und eine an den Analysator 11 angeschlossene Vakuumpumpe 12 auf, deren Motorachse etwa parallel zum in den Analysator 11 eintretenden Ionenstrom ist. Die Vakuumpumpe 12 ist mehrstufig ausgeführt mit drei Saugeinlässen 13, 14, 15. Am Saugeinlass 13 liegt ein Unterdruck von etwa 10^–10 mbar an, an den Saugeinlässen 14, 15 etwa 10^–8 mbar und 10^–7 mbar. Die Druckverhältnisse an den Saugeinlässen 13 und 14 werden hier als Ultrahochvakuum (UHV) bezeichnet.
Der Analysator 11 ist innerhalb einer inneren Vakuumkammer 16 angeordnet, die an den Saugeinlass 13 angeschlossen ist. Entsprechend sind an die Saugeinlässe 14, 15 Vakuumkammern 17, 18 angeschlossen. Diese umgeben die innere Vakuumkammer 16. Außerdem umgibt die äußere Vakuumkammer 18 die mittlere Vakuumkammer 17. ”Umgeben” bedeutet in diesem Fall, dass die innere Vakuumkammer 16 im Bereich des Übergangs zur Vakuumpumpe 12 gegen die mittlere Vakuumkammer 17 abdichtet. Ein entsprechender umlaufender Dichtspalt ist mit der Ziffer 19 bezeichnet. Analog ist ein umlaufender Dichtspalt 20 zwischen der mittleren Vakuumkammer 17 und der äußeren Vakuumkammer 18 vorgesehen.
Schließlich weist die äußere Vakuumkammer 18 einen äußeren umlaufenden Dichtspalt 21 auf, in den hier ein Dichtmittel aus komprimierbarem oder verformbarem Material eingesetzt ist, vorzugsweise ein polymerischer Dichtring. Die umlaufenden Dichtspalte 19, 20 sind hier ohne zusätzliches Dichtmittel dargestellt. Vorzugsweise sind aber die Dichtspalte 19, 20 zur Vergrößerung der wirksamen Weglänge abgewinkelt oder gekrümmt. Ziel ist eine große Weglänge s im Verhältnis zur möglichst kleinen Querschnittsfläche A des jeweiligen Dichtspalts 19, 20.
Im Betrieb werden die drei Vakuumkammern 16, 17, 18 durch die mehrstufige Pumpe 12 zeitgleich abgepumpt. Dabei ist nur die äußere Vakuumkammer 18 gegen Atmosphärendruck abgedichtet. Demgegenüber sind die Druckdifferenzen zwischen den Vakuumkammern 16 und 17 einerseits und 17 und 18 andererseits nur noch gering. Auch liegt entlang der Dichtspalte 19, 20 nur noch molekulare Strömung an, so dass der Leitwert typischerweise um Größenordnungen kleiner als bei einer viskosen Strömung ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Abdichtung gegenüber dem Außendruck (Atmosphärendruck) am Dichtspalt 21 nicht 100%ig sein muss. Eine kleine Leckrate kann in Kauf genommen werden, soweit sie nicht größer ist oder sogar nur unerheblich ist gegenüber den beispielsweise dem Ionentransport dienenden Öffnungen, insbesondere Blenden, zwischen den Druckstufen des Rezipienten. Die Leckgasmenge wird in einer der Vakuumkammern 16, 17, 18 abgesaugt.
Üblicherweise ist die Vakuumpumpe 12 vom Massenspektrometer 10 zu Wartungszwecken abnehmbar. Entsprechend müssen die Dichtflächen im Bereich der umlaufenden Dichtspalte 19, 20, 21 mit hoher Genauigkeit gefertigt sein. In der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Anforderungen an die genannte Genauigkeit geringer, da nur eine komprimierbare Dichtung (entlang des Dichtspalts 21) vorgesehen ist und diese außerdem nicht gegenüber dem niedrigsten Druck abdichten muss. Hinsichtlich der weiteren Dichtspalte 19, 20 genügt es, wenn diese ein kleines Verhältnis von Querschnittsfläche A zur Weglänge s aufweisen.
In der inneren Vakuumkammer 16 mit dem Analysator 11 ist optional eine Heizeinrichtung 22 angeordnet zum Ausheizen der Vakuumkammer. Dies erleichtert und beschleunigt den Evakuierungsvorgang. Die dabei auftretende Wärme kann unter anderem die nicht näher gezeigte Lagerung eines Rotors der Vakuumpumpe 12 sowie einen Antriebsmotor 23 hiefür beschädigen. Dies wird vermieden durch die erfindungsgemäße Anordnung. Die Vakuumkammern 16 und 18 sind thermisch gegeneinander isoliert durch die mittlere Vakuumkammer 17, so dass zumindest im Bereich des Saugeinlasses 15 beim Ausheizen der Vakuumkammer 16 eine deutlich niedrigere Temperatur herrscht als am Saugeinlass 13. Entsprechend werden der Antriebsmotor 23 und die benachbarten Lager nicht erwärmt. Mechanische Verbindungen 24, 25, etwa zum gegenseitigen Abstützen und Abstand halten, sind aus möglichst schlecht wärmeleitendem Material gefertigt. Vorzugsweise handelt es sich um Werkstoffe, die schlechter wärmeleitend sind als die Wandungen der jeweils benachbarten Vakuumkammern 16 bis 18. Zusätzlich oder alternativ zur reinen Werkstoffauswahl kann der Wärmewiderstand auch durch Dimensionierung erhöht werden, etwa durch abschnittsweise nur sehr schmale Verbindungsstege.
Dem Analysator 11 vorgeordnet sind Ionenoptiken 26, 27, 28 in den genannten Vakuumkammern 16 bis 18. Der äußeren Vakuumkammer 18 ist optional eine Vorkammer 29 mit Ionenoptik 30 und eigener Pumpe 31 vorgeordnet. Dabei ist die Vorkammer 29 gegenüber dem System im Übrigen, insbesondere gegenüber der äußeren Vakuumkammer 18 abgedichtet vorzugsweise mit einer Kompressionsdichtung 32, z. B. einem O-Ring aus Viton.
Optional ist weiterhin ein Chromatograph 33 vorgesehen, aus dem über eine Zuleitung 34 eine geeignete Substanz in eine Ionenquelle 35 gelangt. Die dort gebildeten Ionen treten über einen Spalt 36 in die Vorkammer 29 und entsprechende weitere Spalte in die genannten Vakuumkammern 16 bis 18 ein.
Ein Auslass 37 der Vakuumpumpe 12 nahe dem Antriebsmotor 23 kann an eine Vorpumpe 38 angeschlossen sein.
Die außerhalb der inneren Vakuumkammer 16 angeordneten Vakuumkammern 17, 18 können um die innere Vakuumkammer 16 vollständig umlaufend ausgebildet sein oder aber nur teilweise umlaufend (auch unterschiedlich von Kammer 17 zu Kammer 18), so dass zum Teil nur Vertiefungen in den Dichtflächen vorhanden sind, siehe Ziffern 39, 40 in 3 und 4. Optional hat das in 1 gezeigte Pumpengehäuse eine zusätzliche Öffnung, die einen einfachen, direkten Zugang zu einem dem Rezipienten zugewandten Rotorlager ermöglicht, und die vorzugsweise mit einer Rotorachse fluchtet. Hiefür kann ein einfacher Flansch vorgesehen sein, an den auch optional ein Druckmessgerät angeschlossen sein kann.
In der Ausführungsform gemäß 2 ist die Vakuumpumpe 12 nur an die eine Vakuumkammer 16 angeschlossen. Die weiteren Vakuumkammern werden entweder getrennt evakuiert oder sind bei dieser Ausführungsform nicht vorhanden. Gleichwohl sind zwei Druckstufen gebildet, nämlich eine innere Druckstufe am Saugeinlass 13 und eine äußere Druckstufe mit dem Saugeinlass 15, über den hier nur eine umlaufende Hilfskammer 41 evakuiert wird. Die Hilfskammer 41 hat hier nur die Funktion einer Differenzdruckstufe und zum Absaugen der über den Dichtspalt 21 eintretenden Moleküle. Ebenso wie in 1 ist auch in 2 im Dichtspalt 21 eine Dichtung aus komprimierbarem oder verformbarem Material eingelegt. Die Dichtfläche auf Seiten des Rezipienten kann eine ebene Fläche sein, nur mit Ausnehmungen oder Halterungen für Befestigungsmittel sofern erforderlich.
3 zeigt eine leichte Abwandlung gegenüber 1. Ein Gehäuse 42 der Vakuumpumpe 12 ist an ein den Analysator 11 und die Vakuumkammern 16, 17, 18 umgebendes Gehäuse 43 analog 1 angeschlossen. Dabei ist eine Antriebsachse der Vakuumpumpe 12 etwa senkrecht zu einer Hauptachse der Verbindung zwischen Saugeinlass 13 und Vakuumkammer 16 ausgerichtet.
Das Gehäuse 42 der Vakuumpumpe besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, während das Gehäuse 43 der Kammer 18 aus Aluminium gefertigt sein kann. Demgegenüber sind den Kammern 17, 16 zugeordnete Gehäuse 44, 45 wiederum vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
Die Kammer 17 ist in 3 – anders als in 1 – nicht U-förmig um die Kammer 16 herumgeführt, sondern umschließt die Kammer 16 nur ringförmig. Entsprechend bilden die Gehäuse 44, 45 in 3 oberhalb des Analysators 11 eine gemeinsame Gehäusewandung.
Zwischen dem Gehäuse 44 und dem äußeren Gehäuse 43 ist die auch in 1 gezeigte mechanische Verbindung vorgesehen. Die Verbindung ist so ausgeführt, dass nur eine möglichst geringe Wärmeleitung vom Gehäuse 44 zum Gehäuse 43 möglich ist.
In 4a ist eine Abwandlung der Vakuumpumpe gemäß 3 dargestellt, nämlich mit einer Ausrichtung der Motorachse parallel zur Richtung der Gasströmung zwischen dem Analysator und der Pumpe 12 bzw. zwischen der Vakuumkammer 16 und dem Saugeinlass 13. Dies ermöglicht den kürzesten Abstand zwischen Rotor und Rezipienten und damit die beste effektive Saugleistung. Zur Verdeutlichung zeigt die 4b eine Stirnansicht der 4a.

10: Massenspektrometer
11: Analysator
12: Vakuumpumpe
13: Saugeinlass
14: Saugeinlass
15: Saugeinlass
16: Vakuumkammer
17: Vakuumkammer
18: Vakuumkammer
19: umlaufender Dichtspalt
20: umlaufender Dichtspalt
21: umlaufender Dichtspalt
22: Heizeinrichtung
23: Antriebsmotor
24: mechanische Verbindungen
25: mechanische Verbindungen
26: Ionenoptik
27: Ionenoptik
28: Ionenoptik
29: Vorkammer
30: Ionenoptik
31: Vorpumpe
32: Dichtung
33: Chromatograph
34: Zuleitung
35: Ionenquelle
36: Spalt
37: Auslass
38: Vorpumpe
39: Vertiefung
40: Vertiefung
41: Hilfskammer
42: Gehäuse der Vakuumpumpe
43: Gehäuse der Kammer 18
44: Gehäuse der Kammer 17
45: Gehäuse der Kammer 16

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

- US 6464451 [0002, 0002]
- EP 0603694 [0002, 0002]
- EP 1422423 [0002, 0020]
- EP 1090231 [0002]

Claims

Vakuumpumpe oder Vakuumapparatur mit Vakuumpumpe (12) zum Evakuieren eines oder mehrerer Volumina, wobei die Vakuumpumpe mehrere Druckstufen und mindestens zwei Saugeinlässe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Saugeinlass (15) für eine erste Druckstufe einen inneren Saugeinlass (13) für eine zweite Druckstufe räumlich umfasst, derart, dass der innere Saugeinlass nur gegen einen Druck innerhalb des äußeren Sauganschlusses abdichtet, nicht gegen einen Außendruck.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Volumina unterschiedlichen Drucks vorgesehen sind und dass die mindestens zwei Saugeinlässe (15, 13) der Vakuumpumpe (12) an die Volumina unterschiedlichen Drucks angeschlossen sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Saugeinlass (15) den inneren Saugeinlass (13) konzentrisch umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Saugeinlass (15) mit einem elastisch oder plastisch verformbaren Dichtmittel versehen ist, insbesondere einem Dichtring (21), während der innere Saugeinlass (13) mit einem metallischen Dichtmittel versehen ist oder kein zusätzliches Dichtmittel aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Saugeinlass (13) mit einem Dichtmittel versehen ist, welches nur elastisch deformierbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der niedrigste Druck innerhalb des innersten Saugeinlasses (13) unter 10^–9 mbar liegt.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Volumen mit dem niedrigsten Druck beheizbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Wandung (45) des Volumens mit dem niedrigsten Druck eine mechanische Verbindung (24) zur äußeren Wandung (44) des benachbarten Volumens aufweist, wobei diese mechanische Verbindung eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die äußere Wandung (45) des Volumens mit dem niedrigsten Druck oder als die äußere Wandung (44) des benachbarten Volumens.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Volumen oder in einem der Volumina ein Analysator (11) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumina Kammern (16, 17, 18) innerhalb eines den Analysator (11) umgebenden Gehäuses (43) sind.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um den Analysator (11) eines Massenspektrometers (10) handelt.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Volumen ein weiteres Volumen umfasst, welches über einen weiteren Saugeinlass (13) abpumpbar ist, wobei das weitere Volumen einen Druck aufweist, der niedriger ist als im inneren Volumen, während das weitere Volumen nur gegen den Druck im inneren Volumen abgedichtet ist, nicht jedoch gegen das äußere Volumen oder gegen den Außendruck.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitwert einer Abdichtung zwischen den Saugeinlässen für das innere und das äußere Volumen kleiner ist als der Leitwert von weiteren Öffnungen zwischen den zu den Saugeinlässen korrespondierenden Volumina.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der weiteren Öffnungen für den Durchtritt von Ionen vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitwert der Abdichtung, insbesondere eines Dichtspalts, zwischen dem äußeren Saugeinlass und dem inneren Saugeinlass kleiner ist als a) 10 l/sec oder b) 1 l/sec oder c) 0,3 l/sec oder d) 0,1 l/sec.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (12) eine Turbomolekularpumpe ist.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpstufen bzw. Druckstufen innerhalb der Vakuumpumpe (12) voneinander getrennt sind durch mindestens einen Satz Rotorblätter und/oder mindestens einen Satz Statorblätter.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Druckstufen, Saugeinlässe (13, 14, 15) und Vakuumkammern (16, 17, 18) vorgesehen sind, wobei die außerhalb der inneren Vakuumkammer (16) angeordneten Vakuumkammern (17, 18) um die innere Vakuumkammer (16) vollständig umlaufend oder teilweise umlaufend ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (17) die innere Vakuumkammer (16) U-förmig oder ringförmig umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (18) um die Vakuumkammer (17) vollständig umlaufend oder teilweise umlaufend ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (12) mit dem inneren Saugeinlass (13) als innere Druckstufe nur mit einer Vakuumkammer (16) verbunden ist, und dass eine äußere Druckstufe mit dem Saugeinlass (15) mit einer umlaufenden Hilfskammer (41) verbunden ist, wobei die Hilfskammer (41) nur die Funktion einer Differenzdruckstufe und zum Absaugen von über einen Dichtspalt (21) eintretenden Molekülen hat.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor (23) mit einer Motorachse parallel zur Richtung einer Gasströmung zwischen einem zugeordneten Analysator und der Vakuumpumpe (12).