EP0197238B1 - Gehäuse für eine Turbomolekularvakuumpumpe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a housing for a turbomolecular vacuum pump with a connecting flange made of a material which is a good heat conductor, e.g. Aluminum, and a housing jacket. Copper or brass can also be used as the material for the connecting flange.
- a connecting flange made of a material which is a good heat conductor, e.g. Aluminum, and a housing jacket. Copper or brass can also be used as the material for the connecting flange.
- Turbomolecular vacuum pumps belong to the high and ultra-high vacuum pumps, which means that they reach final pressures of up to 10- 10 mbar. In order to generate such a final pressure in a recipient in a reasonable time, it is necessary to bake it, usually up to 200 ° C, sometimes even higher. As a result, the gas molecules diffused into the inner wall of the recipient are released relatively quickly, which would otherwise prevent the final pressure from being reached over long periods of time.
- turbomolecular vacuum pump also heats up strongly during the heating of the recipient, which is not only for the rotor - the rotor strength, i.e. the strength of the aluminum blades stressed by the rotation decreases with increasing temperature - but also for their storage - the bearing grease is no longer stable at higher temperatures (> 130 ° C) - is undesirable.
- the present invention has for its object to provide a housing for a turbomolecular vacuum pump in which there is no longer any risk of undesirably excessive heating during the heating of the recipient.
- this object is achieved in that the housing jacket is formed at least in the area adjoining the connecting flange in such a way that the thermal conductivity in this area is reduced compared to the thermal conductivity of the connecting flange in such a way that undesirably strong heating of the housing jacket during the heating of one with the Connecting flange connected recipients is avoided).
- the heat transfer barrier prevents undesired heating of the housing and thus the components therein, such as the rotor, bearing and the like.
- the housing shell is designated by 1 and the connection flange forming or surrounding the connection opening 2 by 3.
- the flange 3 is made of aluminum or another material with good thermal conductivity such as brass or copper. Further components of the turbomolecular vacuum pump are not shown since they are not the subject of the invention.
- the housing jacket 1 directly adjoins the flange 3.
- the heat transfer barrier 4 consists of an annular section 5, which is welded or soldered between the housing jacket 1 and the flange 3 and made of a material with low thermal conductivity, e.g. Stainless steel.
- Fig. 4 shows a similar embodiment as Fig. 3.
- the heat transfer barrier 4 consists of a ring 6, also made of a material with low conductivity.
- the heat flow is restricted in that the annular section 6 has a reduced wall thickness in some cases.
- a heat transfer barrier 4 which also consists of aluminum, adjoins the flange 3.
- the heat flow is limited in that a meandering ring section 7 forms the heat transfer barrier 4.
- This is made of a material with low thermal conductivity, preferably stainless steel, so that an effective limitation of the heat flow is achieved between the flange 3 and the housing jacket 1.
- Stainless steel is essentially the material for the thermal barrier. Stainless steel has a thermal conductivity of 15, which is 14 times smaller than the thermal conductivity of aluminum. The materials nickel or bronze are also suitable as materials for the thermal barrier.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für eine Turbomolekularvakuumpumpe mit einem Anschlußflansch aus gutwärmeleitendem Werkstoff, z.B. Aluminium, und einem Gehäusemantel. Als Werkstoff für den Anschlußflansch können auch Kupfer oder Messing in Frage kommen.
- Turbomolekularvakuumpumpen gehören zu den Hoch- und Ultrahochvakuumpumpen, d.h., daß sie Enddrücke bis zu 10-10 mbar erreichen. Um in einem Rezipienten einen solchen Enddruck in angemessener Zeit zu erzeugen, ist es erforderlich, diesen auszuheizen, und zwar in der Regel bis zu 200°C, gelegentlich auch höher. Dadurch werden die in die Innenwandung des Rezipienten hineindiffundierten Gasmoleküle relativ schnell freigesetzt, die sonst über lange Zeiten das Erreichen des Enddruckes verhindern würden.
- In zunehmendem Maße werden Rezipienten, die Bestandteil von Ultrahochvakuum-Anlage sind, einschließlich ihrer Anschlußflansche aus Aluminium gefertigt. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, daß auch der Flansch der anzuschließenden Turbomolekularvakuumpumpe aus Aluminium besteht, da eine sichere UHV-Abdichtung - in der Regel mit einem metallischen Dichtring - nur dann gewährleistet ist, wenn Flansch und Gegenflansch aus gleichem Material (und damit gleichem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten) bestehen. Bie UHV-Anlagen mit aus Aluminium bestehenden Rezipienten werden deshalb in der Regel Turbomolekularvakuumpumpen eingesetzt, deren Gehäuse einschließlich des Anschlußflansches ebenfalls aus Aluminium bestehen. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Rezipienten aus Kupfer oder Messing.
- Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, daß sich die Turbomolekularvakuumpumpe während des Ausheizens des Rezipienten ebenfalls stark erwärmt, was nicht nur für den Rotor - die Rotorfestigkeit, d.h. die Festigkeit der durch die Rotation auf Zug beanspruchten Aluminiumschaufeln, nimmt mit steigender Temperatur ab -, sondern auch für dessen Lagerung - das Lagerfett ist bei höheren Temperaturen (> 130°C) nicht mehr stabil - unerwünscht ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine Turbomolekularvakuumpumpe zu schaffen, bei der die Gefahr einer unerwünscht starken Erwärmung während des Ausheizens des Rezipienten nicht mehr besteht.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gehäusemantel zumindest im sich an dem Anschlußflansch anschließenden Bereich so ausgebildet ist, daß die Wärmeleitfähigkeit in diesem Bereich gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Anschlußflansches so verringert ist, daß eine unerwünscht starke Erwärmung des Gehäusemantels während des Ausheizens eines mit dem Anschlußflansch verbundenen Rezipienten vermieden ist). Bei einer Turbomolekularvakuumpumpe mit einem in dieser Weise gestalteten Gehäuse verhindert die Wärmedurchgangssperre eine unerwünschte Aufheizung des Gehäuses und damit der darin befindlichen Bauteile, wie Rotor, Lagerung und dergleichen.
- In den Figuren 1 bis 6 sind unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für ein Gehäuse nach der Erfindung dargestellt.
- In allen Figuren sind der Gehäusemantel mit 1 und der die Anschlußöffnung 2 bildende bzw. umgebende Anschlußflansch mit 3 bezeichnet. Der Flansch 3 besteht aus Aluminium oder auch aus einem anderen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit wie Messing oder Kupfer. Weitere Bauteile der Turbomolekularvakuumpumpe sind nicht dargestellt, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind.
- Beim Ausführungsbeispiel nach dem Figuren 1 und 2 schließt sich der Gehäusemantel 1 unmittelbar an den Flansch 3 an.
- Er besteht entweder nur im Bereich des Anschlußflansches (Abschnitt 1', Fig. 2) oder insgesamt (Fig. 1) aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z.B. Edelstahl, so daß der Wärmefluß vom Flansch 3 auf den Gehäusemantel 1 so stark behindert ist, daß eine unerwünscht hohe Erwärmung des Gehäusemantels während der Ausheizphase des nicht dargestellten Rezipienten verhindert ist.
- Die weiteren Figuren 3 bis 6 zeigen Lösungen, bei denen sich zwischen dem Flansch 3 und dem Gehäusemantel 1 eine Wärmedurchgangssperre 4 befindet.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht die Wärmedurchgangssperre 4 aus einem ringförmigen Abschnitt 5, der zwischen dem Gehäusemantel 1 und dem Flansch 3 eingeschweißt oder eingelötet ist und aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z.B. Edelstahl, besteht.
- Fig. 4 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Fig. 3. Die Wärmedurchgangssperre 4 besteht aus einem Ring 6, ebenfalls aus einem Werkstoff mit geringer Leitfähigkeit. Zusätzlich ist der Wärmefluß dadurch eingeschränkt, daß der ringförmige Abschnitt 6 teilweise eine verringerte Wandstärke aufweist.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 schließt sich an den Flansch 3 eine Wärmedurchgangssperre 4 an, die ebenfalls aus Aluminium besteht. Die Begrenzung des Wärmeflusses ist dadurch erreicht, daß ein mäanderförmig gestalteter Ringabschnitt 7 die Wärmedurchgangssperre 4 bildet.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 befindet sich zwischen dem Anschlußflansch 2 und dem Gehäusemantel 1 ein Balgabschnitt 8. Dieser besteht aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Edelstahl, so daß zwischen dem Flansch 3 und dem Gehäusemantel 1 eine wirksame Begrenzung des Wärmeflusses erreicht ist.
- Als Werkstoff für die Wärmedurchgangssperre kommt im wesentlichen Edelstahl in Frage. Edelstahl hat eine Wärmeleitfähigkeit von 15, die damit um den Faktor 14 kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium. Auch die Werkstoffe Nickel oder Bronze kommen als Materialien für die Wärmedurchgangssperre in Frage.
Claims (8)
1. Gehäuse einer Turbomolekularvakuumpumpe mit einem Anschlußflansch (3) aus gutwärmeleitendem Werkstoff, z.B. Aluminium, und einem Gehäusemantel (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (1) zumindest im sich an den Anschlußflansch (3) anschließenden Bereich (1', 4) so ausgebildet ist, daß die Wärmeleitfähigkeit in diesem Bereich gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Anschlußflansches so verringert ist, daß eine unerwünscht starke Erwärmung des Gehäusemantels während des Ausheizens eines mit dem Anschlußflansch verbundenen Rezipienten vermieden ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Anschlußflansch (3) anschließende Gehäusemantel (1) zumindest im Bereich des Anschlußflansches aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Anschlußflansch (3) anschließende Bereich des Gehäusemantels (1) als Wärmedurchgangssperre (1', 4) ausgebildet ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einschließlich seines Anschlußflansches (2) aus Aluminium besteht und daß sich die Wärmedurchgangssperre (4) unmittelbar an den Flansch anschließt.
5. Gehäuse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedurchgangssperre (4) von einem Gehäuseabschnitt (5 bis 8) mit geringerer Wandstärke und/oder balgähnlicher Gestaltung gebildet wird.
6. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Abschnitt (5,6,8) aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit die Wärmedurchgangssperre (4) bildet.
7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Abschnitt (5, 6, 8) eine verringerte Wandstärke und/oder eine balgähnliche Gestaltung hat.
8. Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wärmedurchgangssperre (4) bildende ringförmige Abschnitt (5, 6, 8) aus Edelstahl besteht.
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