DE60304870T2

DE60304870T2 - Vakuumpumpe mit Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE60304870T2
Application number: DE60304870T
Authority: DE
Inventors: Alberto Dpt. di Elettronica e Inform Piazza Leonardo da Vinci Leva; Luigi Dpt. di Elettronica e Informaz Piazza Leonardo da Vinci Piroddi; Fausto Casaro
Original assignee: Varian SpA
Current assignee: Varian SpA
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-11-19
Also published as: EP1533530B1; DE60304870D1; US20050106043A1; EP1533530A1; JP2005147151A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, die mit einem Schwingungsdämpfer ausgestattet ist.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Turbomolekularpumpe, die mit einem Dämpfer versehen ist, der die Ausbreitung von Schwingungen, die durch die Drehung des Pumpenrotors induziert werden, zu einer externen Einheit, mit der die Pumpe verbunden ist, dämpft, wobei die Einheit möglicherweise die Kammer ist, in der Vakuumbedingungen erzeugt werden sollen.
Wie bekannt ist, existieren mehrere Anwendungen, bei denen die Kammer, in der Vakuumbedingungen erzeugt werden sollen und mit der die Vakuumpumpe für diesen Zweck verbunden ist, gegen die mechanischen Schwingungen, die durch die Drehung des Pumpenrotors unvermeidlich erzeugt werden, besonders empfindlich ist. Wir erwähnen beispielsweise den Fall von Elektronenmikroskopen und von Systemen zum Messen und Reparieren der Masken, die zur Herstellung von integrierten elektronischen Schaltungen erforderlich sind.
Um die Übertragung von mechanischen Beanspruchungen von der Pumpe auf die Vakuumkammer zu verringern, haben einige Hersteller seit langer Zeit die herkömmlichen mechanischen Lager gegen Magnetlager oder -aufhängungen ausgetauscht. Auch die Verwendung von Magnetaufhängungen ermöglicht jedoch nicht immer die Dämpfung der von der Pumpe erzeugten Schwingungen bis auf gewünschte Pegel hinab.
Es ist auch zu berücksichtigen, dass im Fall von Turbomolekularpumpen, die in Anwendungen verwendet werden, die hohe Vakuumgrade verlangen, die Vakuumpumpen keinen direkten Ausstoß an die externe Umgebung vorsehen, sondern mit einer Vorpumpe verbunden sind. Folglich ist es erforderlich, auch die Schwingungen zu berücksichtigen, die durch die Vorpumpe erzeugt werden und auf die Vakuumpumpe und von der letzteren auf die Vakuumkammer übertragen werden.
Aus diesen Gründen ist die Vakuumpumpe häufig mit einem Schwingungsdämpfer ausgestattet, der zwischen die Pumpe und die Vakuumkammer geschaltet ist.
Gemäß dem Stand der Technik und mit Bezug auf 1 weist eine Vakuumpumpe 100 eine Einlassöffnung 110, eine Auslassöffnung 120 und ein Gaspumpmittel 130 auf, das im Fall von Turbomolekularpumpen aus einem Satz von Pumpstufen mit jeweils einer Rotorscheibe, die mit einem entsprechenden Statorring zusammenarbeitet, besteht. Ein Beispiel einer Turbomolekularpumpe ist in EP 522 603 offenbart. Der Einlassöffnung 110 ist ein Flansch 115 zugeordnet, der mit dem Flansch 210 der Kammer 200 koppelbar ist, wo Vakuumbedingungen erzeugt werden sollen. Ein ähnlicher Flansch 125 ist der Auslassöffnung 120 zum Koppeln mit einer Vorpumpe 300 im Allgemeinen über einen mit Flansch versehenen Faltenbalg 400 zugeordnet. Gemäß dem Stand der Technik werden Schwingungsdämpfer 140 beispielsweise zwischen die Pumpe 100 und die Kammer 200 geschaltet. Sie umfassen im Wesentlichen einen ersten Flansch 150, der mit dem Flansch 115 der Pumpe 100 gekoppelt ist, einen zweiten Flansch 160, der mit dem Flansch 210 der Vakuumkammer 200 gekoppelt ist, einen flexiblen Stahlfaltenbalg 170, der Vakuumdichtheit sicherstellt, und eine Vielzahl von Gummielementen 180 (in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel drei), die gleichmäßig um den Faltenbalg 170 entlang der Umfänge der Flansche 150, 160 beabstandet sind und die Dämpfung der von der Pumpe 100 übertragenen mechanischen Schwingungen sicherstellen.
Ringe 190, 290 sind zwischen den Flanschen vorgesehen, um Zentrier-O-Ringe 195, 295, die Vakuumdichtheit zwischen den Flanschen sicherstellen sollen, zu ermöglichen.
Ein ähnlicher Dämpfer könnte auch stromabwärts der Vakuumpumpe 100 verwendet werden und zwischen den Flansch 125 der Auslassöffnung der Pumpe und den Flansch 310 der Einlassöffnung der Vorpumpe 300 geschaltet werden.
Es ist klar, dass die gemäß dem Stand der Technik verwendeten Gummielemente 180 einen passiven Dämpfer bilden, der die Schwingungsausbreitung von der Pumpe zur Vakuumkammer nur teilweise und in kleinen Frequenzbereichen dämpft.
Ein solcher passiver Dämpfer ist beispielsweise in US 3 759 626 offenbart, bei dem Gummimittel, die aus einem Material mit hoher interner Dämpfung und insbesondere aus elastischen synthetischen Substanzen wie z.B. Perbunan, Vulkollan oder Viton bestehen, verwendet werden.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe bereitzustellen, die mit einem mechanischen Schwingungsdämpfer mit verbesserten Eigenschaften ausgestattet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe bereitzustellen, die mit einem zuverlässigen und preiswerten Dämpfer mit geringer Größe ausgestattet ist.
Die obigen und weitere Aufgaben werden durch eine Vakuumpumpe, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht, gelöst.
Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Vakuumpumpe einen Dämpfer, der von piezoelektrischen Stellgliedern Gebrauch macht.
Piezoelektrische Vorrichtungen sind Vorrichtungen, die, wenn sie mit einer geeigneten Spannung gespeist werden, in der Lage sind, eine Kraft zu erzeugen, deren Intensität von der angelegten Spannung abhängt und daher steuerbar ist. Umgekehrt können die Vorrichtungen verwendet werden, um ein Spannungssignal zu erzeugen, das zu einer möglichen aufgebrachten Kraft proportional ist.
DE 197 02 518 offenbart einen piezoelektrische Elemente verwendenden Dämpfer für Anwendungen auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen.
Aufgrund der mit dem Gebiet von Vakuumpumpen verbundenen spezifischen Probleme, in erster Linie des Bedarfs an einer vakuumdichten Verbindung zwischen der Vakuumpumpe und dem Dämpfer und zwischen dem Dämpfer und der Vakuumkammer, können trotzdem Dämpfer, die aus allgemeinen mechanischen Strukturen bekannt sind und in diesen verwendet werden, wie z.B. der in DE 197 02 518 offenbarte Dämpfer, nicht bloß bei einem Vakuumpumpsystem Anwendung finden.
Unter Verwendung von piezoelektrischen Stellgliedern ist es daher möglich, die Stellglieder so zu steuern, dass sie eine Schwingung mit im Wesentlichen derselben Amplitude wie der an der Vakuumpumpe gemessenen, jedoch mit einer dazu entgegengesetzten Phase übertragen, wodurch eine resultierende Schwingung von im Wesentlichen Null erhalten wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Stellglieder um den Metallfaltenbalg anstelle der herkömmlichen Gummielemente angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die piezoelektrischen Stellglieder direkt am Flansch der Einlass- und/oder Auslassöffnung der Vakuumpumpe, um den Zentrierring und den O-Ring angebracht werden, so dass auf den Metallfaltenbalg und die zugehörigen Flansche verzichtet werden kann, wodurch die axiale Größe der Pumpen-Dämpfer-Anordnung verringert wird.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, die als nichteinschränkendes Beispiele erläutert werden, werden nachstehend mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
1 eine Längsschnittansicht einer Vakuumpumpe ist, die mit einem Dämpfer des Standes der Technik ausgestattet ist;
2 eine Längsschnittansicht des Dämpfers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
3a ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Steuerlogik für den Dämpfer ist;
3bein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steuerlogik für den Dämpfer ist;
4a ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Steuerlogik für den Dämpfer ist;
4b ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer Steuerlogik für den Dämpfer ist;
5a eine teilweise Querschnittsansicht des Dämpfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
5b eine teilweise Querschnittsansicht eines Details des Dämpfers von 5a gemäß einem eine Variante darstellenden Ausführungsbeispiel ist;
6a eine Draufsicht auf den Dämpfer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
6b eine Querschnittsansicht des Dämpfers von 6a entlang der Linie B-B ist;
6c eine Querschnittsansicht des Dämpfers von 6a entlang der Linie C-C ist;
6d eine Querschnittsansicht des Dämpfers von 6a entlang der Linie B-B gemäß einem eine Variante darstellenden Ausführungsbeispiel ist;
7a eine Draufsicht auf den Dämpfer gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
7b eine Querschnittsansicht des Dämpfers von 7a entlang der Linie B-B ist;
8a eine Draufsicht auf den Dämpfer gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
8b eine Querschnittsansicht des Dämpfers von 8a entlang der Linie B-B ist.
Mit Bezug auf 2 wird ein Schwingungsdämpfer 14 gemäß der Erfindung gezeigt, der mittels entsprechender Flansche 150, 160 zwischen einer Vakuumpumpe 100 und einer Kammer 200, in der ein Vakuum erzeugt werden soll, montiert werden soll.
Der Dämpfer 14 weist ferner einen vakuumdichten Stahlfaltenbalg 170 auf, der zwischen den Flanschen 150, 160 angeordnet ist. Piezoelektrische Stellglieder A_i, die in diesem Ausführungsbeispiel aus Quader- oder zylindrischen Blöcken 18 bestehen, sind um den Faltenbalg angeordnet. Vorzugsweise sind die piezoelektrischen Stellglieder A_i gleichmäßig um den Faltenbalg 170 angeordnet: beispielsweise sind drei Stellglieder, die um 120° beabstandet sind, vorgesehen.
Die Stellglieder A_i werden durch ein Ansteuersignal aktiv gesteuert, das in der Lage ist, Schwingungen zu erzeugen, die zu den Schwingungen, die an der Vakuumpumpe erzeugt werden und durch entsprechende Sensoren gemessen werden und die nicht zur Vakuumkammer 200 übertragen werden sollen, im Wesentlichen gleich und entgegengesetzt sind.
Mit Bezug auf 3a wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Steuerlogik der Stellglieder A_i offenbart, bei dem ein unabhängiges Steuersystem in geschlossener Schleife für jedes Sensor-Stellglied-Paar vorgesehen ist. Jedes Steuersystem umfasst einen einfach variablen Regler R_i, der in analoger oder digitaler Technologie implementiert wird und der von einem entsprechenden Sensor S_i, beispielsweise einem Beschleunigungsmesser, den Wert der an der Pumpe gemessenen entsprechenden Beschleunigung empfängt. In Abhängigkeit von einem solchen Wert ermittelt der Regler R_i das geeignete Signal, das zum Treiber D_i gesandt werden soll, der auf das entsprechende piezoelektrische Stellglied A_ieinwirkt. Möglicherweise können die Steuersignale vom Regler R_i auch von externen Größen E_i abhängen, die von den von den Sensoren S_i gemessenen verschieden sind.
Die externen Größen E_i können die auf das System einwirkenden externen Störungen darstellen und deren Messung kann dazu dienen, eine Mitkopplungsregelung mit offener Schleife zu implementieren. Ein entsprechendes Implementierungsdiagramm der Steuerlogik der Stellglieder A_i, das in 3b gezeigt ist, ermöglicht die Kompensation der externen Störungen, bevor sie sich auf die Schwingungen auswirken. Ein solches Ergebnis kann durch Implementieren eines genauen mathematischen Modells innerhalb des Reglers, das in der Lage ist, die Auswirkungen der Störungen auf das mechanische System vorherzusagen, erhalten werden.
Im Allgemeinen sind dieselben piezoelektrischen Stellglieder A_i in der Lage, als Sensoren zum Erfassen einer Beschleunigung zu wirken: folglich können andere piezoelektrische Elemente mit derselben Struktur wie die Stellglieder, die jedoch als Schwingungssensoren wirken, anstelle der üblichen Beschleunigungsmesser verwendet werden. Durch gleichmäßiges Verteilen einer ausreichenden Anzahl von piezoelektrischen Elementen A_i entlang der Umfänge der Flansche 150, 160 könnten die Elemente in den geraden Positionen beispielsweise als Stellglieder und die Elemente in ungeraden Positionen als Treiber verwendet werden.
Auch im Fall, dass richtige Beschleunigungsmesser verwendet werden, ist es natürlich zweckmäßig, eine ausreichende Anzahl der Beschleunigungsmesser entlang der Umfänge der Flansche 150, 160 gleichmäßig anzuordnen, indem die Beschleunigungsmesser und die piezoelektrischen Stellgliedern A_i wechselweise angeordnet werden.
Die Regler R_i können möglicherweise effektiver wirken, wenn die Schwingungserfassung an dem Punkt ausgeführt wird, an dem die Stellgliedkraft aufgebracht wird: in einem solchen Fall können die Sensoren und Stellglieder so nahe wie möglich aneinander angeordnet werden, wie nachstehend genauer offenbart wird.
Mit Bezug auf 4a wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Steuerlogik der Stellglieder A_i offenbart, bei dem eine Vielzahl von Schwingungssensoren S₁...S_n, die an der Pumpe 100 angebracht sind, eine Vielzahl von Treibern D₁...D_n, die in der Lage sind, die piezoelektrischen Stellglieder A_i...A_n zu steuern, und ein multivariabler Regler R vorgesehen sind.
Der in analoger oder digitaler Technologie implementierte Regler R empfängt die Signale, die die Schwingungen von der Vakuumpumpe darstellen, über die Sensoren S₁...S_n. In Abhängigkeit von solchen Signalen ermittelt der Regler R die den Treibern D₁...D_n zuzuführenden Steuersignale, die auf die piezoelektrischen Stellglieder A_i...A_n einwirken. Die Stellglieder erzeugen eine Schwingung, die von dem Signal abhängt, das vom Regler R gesandt wird, wobei das Signal so gewählt wird, dass die erzeugte Schwingung zu der von den Sensoren S₁...S_n gemessenen im Wesentlichen gleich und entgegengesetzt ist.
Auch in diesem Fall ist die Steuerlogik eine Logik mit geschlossener Schleife. Überdies ist es möglich, zu veranlassen, dass solche Steuersignale auch von anderen an der Pumpe gemessenen Größen E abhängen.
Ähnlich zu dem, was vorstehend in Verbindung mit den einfach variablen Reglern R_i offenbart ist, kann ein Implementierungsdiagramm der Steuerlogik der Stellglieder A_i, die eine Mitkopplungsregelung in offener Schleife vorsieht, wie in 4b gezeigt, auch in Erwägung gezogen werden, wenn ein multivariabler Regler R verwendet wird.
Der Regler R ist ein multivariabler Regler, bei dem das Steuergesetz für die Treiber D_i für alle Stellglieder A_i gleich ist und von den von allen Sensoren S_i stammenden Signalen abhängt.
Als Alternative könnte der Regler R als Kaskade von so vielen einfach variablen Reglern R_i, wie Sensor-Stellglied-Paare vorhanden sind, und von einem endgültigen multivariablen Syntheseblock implementiert werden.
Es ist zu erkennen, dass nicht so viele Sensoren S_i vorhanden sein müssen, wie piezoelektrische Stellglieder A_i vorhanden sind, selbst wenn aus Konstruktionsgründen die Verwendung derselben Anzahl von Sensoren S_i und Stellgliedern A_i zweckmäßig ist.
Dank der optimalen Leistung, die durch die vorstehend beschriebenen Steuersysteme erzielbar ist, können piezoelektrische Stellglieder mit sehr geringer Größe (d.h. viel kleiner als jene der herkömmlichen Gummielemente) verwendet werden, um die an der Vakuumpumpe gemessenen Schwingungen zu dämpfen. Folglich ermöglichen die Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Verringerung der axiale Größe der Vakuumpumpe und ihres Dämpfers. Überdies könnten die Ausführungsbeispiele die Verbesserung der Pumpeigenschaften der Pumpen-Dämpfer-Anordnung durch Verringern des Strömungswiderstandes ermöglichen.
5a zeigt einen Teil eines Dämpfers 24 einer Vakuumpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Flansch 115 der Vakuumpumpen-Einlassöffnung direkt mit dem Gegenflansch 210 einer Vakuumkammer durch Befestigungsschrauben 20, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Flanschs 115, um einen Zentrierring 190 und den entsprechenden O-Ring 195 verteilt sind, und durch entsprechende Befestigungsmuttern 21 gekoppelt.
Die piezoelektrischen Stellglieder A_i sind als zylindrische Zwischenlagscheiben 28 ausgebildet, die um die Schäfte 20a der Befestigungsschrauben 20 in Kontakt mit dem Flansch 115 auf einer Seite und mit dem Gegenflansch 210 auf der anderen Seite montiert sind. Folglich kann der axiale Schub (durch Pfeile F₂ gezeigt) der Stellglieder 28 auf der einen Seite an der Pumpe und auf der anderen Seite an der Vakuumkammer wirksam sein, wodurch die axialen Schwingungen kompensiert werden, die an der Pumpe gemessen werden, und was zu einer Verringerung der übertragenen Schwingung führt.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann daher auf den Metallfaltenbalg 170 und die entsprechenden Flansche 150, 160 verzichtet werden, mit einer daraus folgenden Verringerung der axialen Größe der Pumpen-Dämpfer-Anordnung.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel können die Schwingungen auch durch Beschleunigungsmesser gemessen werden, die an der Pumpe angebracht sind. Ähnlich dem vorangehenden Ausführungsbeispiel kann der Dämpfer 24 eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen A_i umfassen, die als Sensoren verwendet werden. Die Sensoren bestehen auch vorzugsweise aus Zwischenlagscheiben, die um die Schäfte 20a von Befestigungsschrauben angeordnet sind und mit den piezoelektrischen Stellgliedern entlang des Umfangs des Dämpfers 24 abwechseln.
6a bis 6c zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Stellglieder A_i als quaderförmige oder zylindrische Blöcke 38 ausgebildet, die zwischen einem Paar von kreisförmigen Stützen 116, 211 angebracht sind, die direkt zwischen dem Flansch 115 der Vakuumpumpen-Einlassöffnung und dem Gegenflansch 210 einer Vakuumkammer, um den Zentrierring 190 und den entsprechenden O-Ring 195, der die Vakuumdichtheit sicherstellt, ähnlich dem in 5a gezeigten Ausführungsbeispiel angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst die Stütze 116 geeignete Sitze 116, die die Stellglieder 38 aufnehmen. Wie durch den Pfeil F₃ in 6b gezeigt, kann durch eine solche Anordnung der axiale Schub der piezoelektrischen Stellglieder 28 direkt auf die Vakuumpumpe und die Vakuumkammer durch jeweilige Flansche 115, 210 übertragen werden, wodurch eine resultierende Schwingung von im Wesentlichen Null erhalten wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auch der Metallfaltenbalg und die entsprechenden Flansche beseitigt, was zu einer beträchtlichen Verringerung der gesamten axialen Größe der Pumpen-Dämpfer-Anordnung führt.
Selbst wenn die Schwingungen durch Beschleunigungsmesser, die an der Vakuumpumpe angebracht sind, erfasst werden können, zeigt 6a eine bereits vorher erwähnte alternative Lösung, bei der der Dämpfer 34 piezoelektrische Sensoren 39 aufweist. Die Sensoren bestehen aus quaderförmigen oder zylindrischen piezoelektrischen Platten derselben Art, wie für die Stellglieder 38 verwendet, und sind entlang des Umfangs der Stütze 116 abwechselnd mit den Stellgliedern 38 angeordnet.
Bei den bis jetzt offenbarten Ausführungsbeispielen sind die piezoelektrischen Stellglieder A_i montiert, um die Übertragung von axialen Schwingungen von der Vakuumpumpe 100 auf die Vakuumkammer 200 zu dämpfen.
7a und 7b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein erfindungsgemäßer Dämpfer 44 piezoelektrische Stellglieder A_i umfasst, die aus quaderförmigen oder zylindrischen Platten 48 bestehen, die verwendet werden können, um die Übertragung von radialen Schwingungen zu verhindern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Stellglieder 48 zwischen einem Paar von kreisförmigen Stützen 117, 212 angebracht, die sich zwischen dem Flansch 115 und dem Gegenflansch 210 befinden, so dass sie einen radialen Schub auf die Flansche 115, 210 ausüben können (wie durch Pfeile F₄ in 7b gezeigt).
8a, 8b zeigen eine Pumpenanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ersten und einem zweiten piezoelektrischen Stellglied 581, 582, die in der Lage sind, axiale Schwingungen bzw. radiale Schwingungen (wie durch Pfeile F₅₁, F₅₂ in 8b gezeigt) zu dämpfen.
Damit die ersten und zweiten piezoelektrischen Stellglieder 581, 582 einen axialen Schub bzw. einen radialen Schub auf die Vakuumpumpe und die mit der Pumpe verbundene Vakuumkammer ausüben können, ist die Vakuumkammer über den Flansch 210 mit einer Stütze 213 verbunden, die so geformt ist, dass sie ein Paar von zueinander senkrechten Wänden aufweist, die entsprechenden senkrechten Wänden einer entsprechenden Stütze 118, die mit dem Flansch 115 der Vakuumpumpe verbunden ist, zugewandt sind.
Folglich können die piezoelektrischen Stellglieder 581, 582 so montiert werden, dass die ersten Stellglieder 581 an ihren unteren Enden mit der mit der Vakuumpumpe verbundenen Stütze 118 und an ihren oberen Enden mit der mit dem Flansch 210 der Vakuumkammer verbundenen Stütze 213 in Kontakt stehen, wodurch sie in der Lage sind, einen axialen Schub zu übertragen, und so dass die zweiten Stellglieder 582 an ihren Innenseiten mit der mit dem Flansch 115 der Vakuumpumpe verbundenen Stütze 118 und an ihren Außenseiten mit der mit dem Flansch 210 der Vakuumkammer verbundenen Stütze 213 in Kontakt stehen, wodurch sie in der Lage sind, einen radialen Schub zu übertragen.
Die ersten und zweiten Stellglieder 581, 582 bestehen aus quaderförmigen oder zylindrischen piezoelektrischen Platten, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Flanschs 115 angeordnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Pumpenschwingungen auch durch an der Pumpe angebrachte Beschleunigungsmesser erfasst werden. Als Alternative kann der Dämpfer 54 erste und zweite piezoelektrische Elemente A_i, aufweisen, die als Sensoren zum Erfassen von axialen Schwingungen bzw. radialen Schwingungen verwendet werden.
Bei einem weiteren eine Variante darstellenden Ausführungsbeispiel der Erfindung werden anstelle von abwechselnden piezoelektrischen Stellgliedern und Sensoren entlang des Umfangs des Vakuumpumpenflanschs 115 integrierte Paare von piezoelektrischen Elementen verwendet, wobei ein Element als Sensor und das andere als Stellglied wirkt.
Ein Beispiel des eine Variante darstellenden Ausführungsbeispiels ist in 6d mit Bezug auf einen Dämpfer der in 6a bis 6c dargestellten Art gezeigt.
Ein piezoelektrischer Sensor 39' und ein piezoelektrisches Stellglied 38', die durch eine Platte 37 getrennt sind, sind in jedem Sitz 115a aufgenommen, der im Flansch 115 ausgebildet ist. Pfeile F₃', F₃'' bezeichnen die Betriebsrichtungen des Sensors bzw. des Stellgliedes, die daher koaxial angebracht sind.
5b zeigt ein Beispiel der Variante, die für das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 5a gezeigt ist, relevant ist. Ein piezoelektrischer Sensor 28' und ein piezoelektrisches Stellglied 29', die beide aus einer Zwischenlagscheibe bestehen, sind auf dem Schaft 20a jeder Schraube 20 gestapelt und sind durch eine Zwischenlagscheibe 37 getrennt. Die Pfeile F₂', F₂'' bezeichnen die Betriebsrichtungen des Sensors bzw. des Stellgliedes, die daher koaxial angebracht sind.
Es ist klar, dass dieses eine Variante darstellende Ausführungsbeispiel der Erfindung beträchtliche Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit bei der Schwingungsdämpfung bietet, da das Stellglied, das die Schwingungsübertragung verhindern soll, exakt an derselben Position angeordnet ist, an der die Schwingungen erfasst werden.
Selbst wenn sich die obige Beschreibung auf eine Vakuumpumpe bezieht, die mit einem an der Einlassöffnung befindlichen Dämpfer ausgestattet ist, um Schwingungen, die von der Vakuumpumpe zu einer Vakuumkammer übertragen werden, zu dämpfen, könnte ein ähnlicher Dämpfer beispielsweise auch an der Auslassöffnung angeordnet sein, um die Schwingungsübertragung von der Vorpumpe auf die Vakuumpumpe oder zwischen der Pumpe und anderen externen Einheiten zu dämpfen.

Claims

Vakuumpumpe (100) mit einer Einlassöffnung (110), einer Auslassöffnung (120), einem Mittel (130) zum Pumpen eines Gases von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung und einem Schwingungsdämpfer (14; 24; 34; 44; 54) zum Dämpfen der Schwingungsübertragung von der Pumpe zu einer externen Einheit und/oder umgekehrt, wobei die externe Einheit entweder eine Vakuumkammer oder eine zweite Vakuumpumpe ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer mindestens ein piezoelektrisches Stellglied (A_i) umfasst.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Sensor (S_i) bereitgestellt ist, der in der Lage ist, ein Maß für die Schwingungen zu erzeugen, um das mindestens eine piezoelektrische Stellglied zu regeln.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer (14; 24; 34; 44; 54) entsprechend mindestens der Einlass- oder der Auslassöffnung (110, 120) der Pumpe angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, wobei der Dämpfer ferner einen vakuumdichten Faltenbalg (17) aufweist, der an seinen Enden mit einem ersten und einem zweiten Flansch (150, 160) ausgestattet ist, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch zum Koppeln des Dämpfers mit der Pumpe bzw. der externen Einheit dienen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 4, wobei der Dämpfer (14) eine Vielzahl von piezoelektrischen Stellgliedern (18) vorzugsweise mit Quader- oder zylindrischer Form, aufweist, die gleichmäßig um den Faltenbalg (17) zwischen dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch verteilt sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei die Sensoren piezoelektrische Sensoren sind.
Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei die Sensoren und die Stellglieder gleichmäßig um den Faltenbalg verteilt sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, wobei die Stellglieder entsprechende Zwischenlagscheiben aufweisen, die um die Befestigungsschrauben (20) montiert sind, die die Pumpe und die externe Einheit miteinander verbunden halten.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei mindestens eines der piezoelektrischen Stellglieder relativ zu mindestens einem der piezoelektrischen Sensoren koaxial montiert ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer ein erstes und ein zweites piezoelektrisches Stellglied (581, 582) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie Schwingungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen dämpfen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 10, wobei die Vakuumpumpe (100) eine Rotationspumpe ist und eine der Richtungen der Drehachse der Vakuumpumpe entspricht.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei die Vakuumpumpe mit einem Regelsystem ausgestattet ist, das mindestens einen Regler (R; R_i) zum Regeln von einem oder mehreren der piezoelektrischen Stellglieder (A₁...A_n) in Abhängigkeit von den Signalen von den Sensoren (S₁...S_n) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei das Regelsystem mindestens einen Regler (R; R_i) zum Regeln von einem oder mehreren der piezoelektrischen Stellglieder (A₁...A_n) auf der Basis des Werts von externen Größen (E₁...E_m), die die externen Störungen darstellen, die auf die Pumpe wirken, aufweist.
Vakuumpumpe nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Turbomolekularpumpe ist.