EP1101944A2 - Turbomolekularpumpe - Google Patents

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EP1101944A2
EP1101944A2 EP00124676A EP00124676A EP1101944A2 EP 1101944 A2 EP1101944 A2 EP 1101944A2 EP 00124676 A EP00124676 A EP 00124676A EP 00124676 A EP00124676 A EP 00124676A EP 1101944 A2 EP1101944 A2 EP 1101944A2
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EP
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turbomolecular pump
pump according
components
stator
seals
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Heinrich Lotz
Jörg Stanzel
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Pfeiffer Vacuum GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers

Definitions

  • the invention relates to a turbomolecular pump according to the preamble of the first Claim.
  • the active pump elements of a turbomolecular pump consist of with blades provided rotor and stator disks, which are arranged alternately one behind the other are.
  • the rotor and stator disks generally each have an inner one Support ring, which is equipped with blades on the outside.
  • the shovels of the Rotor disks that rotate at high speed result in interaction with the stator blades the pump effect.
  • spacer rings which on outer circumference between the rotor disks, they are spaced maintained that the rotor disks can rotate between them without contact.
  • Stator disks and spacer rings together form the stator through the inner wall the pump housing is centered and z. B. with springs additionally axially is compressed so that stator washers and spacers form a firm bond form.
  • turbomolecular pump which consists of a arranged in a housing and a stator cooperating therewith Rotor consists, the stator composed of two cylindrical shells is.
  • the disadvantage is that the stator is installed in a separate housing radial centering and axial fixation must be carried out have to. This means high manufacturing costs and assembly times as well as time-consuming Maintenance work. Inevitable gaps between the stator and housing lead to disturbing backflows. Furthermore, the removal of the during pump operation in The heat generated inside is hampered by insufficient heat conduction to the outside.
  • EP 07 51 297 A1 shows a turbomolecular pump, the stator of which consists of two parts consists. This pump is designed without a housing. It is intended to be direct to immerse into a recipient. Should it be provided with a housing, you experience the problems described above.
  • the object of the invention is to present a turbomolecular pump, where the number of components is clear compared to conventional designs is reduced. This should reduce manufacturing costs and assembly times as well the maintenance work is simplified. An improvement in heat conduction will strives for what contributes to the safety of pump operation. Backflows are also intended be reduced within the pump.
  • the arrangement according to the invention increases the number of components of a turbomolecular pump significantly reduced.
  • Spacer rings which have a conventional design lying on the outer circumference between the stator washers are completely eliminated. Thereby can simplify production and enable easier, time-saving assembly become. This leads to the simplification and reduction of maintenance work.
  • the reduced number ensures compliance with the necessary tolerances of components much easier.
  • the radial centering and the axial fixation are specified by the invention itself and do not require any further adjustment work. Internal leaks caused by gaps between the numerous Stator components are eliminated, so that disturbing back flows in this area can be largely avoided.
  • the transportation of the in operation of the The heat generated outside can be pumped through the compact design and by avoiding thermal conduction-inhibiting transitions between the parts conventional design can be significantly improved.
  • Attaching cooling or heating elements in the area of the stator components a very effective temperature control of the entire pump structure, but especially of the pump-active parts, depending on the operating conditions of the pump respectively.
  • Figure 1 shows a section of the arrangement according to the invention from A - A Figure 2.
  • Figure 2 shows a top view of the arrangement according to the invention.
  • the suction opening is 1 and Gas outlet opening designated 2.
  • the rotor shaft 4 is fixed in bearings 8 and 9 and is driven by the motor 6.
  • Rotor disks 10 are on the rotor shaft 4 attached.
  • the two shell-shaped housing parts each form with the two Halves of the stator disks 14 two one-piece units 12 and 12 '. These two Units are connected to each other by tangential connecting elements 18 connected. Between the connecting elements there are seals in the axial direction 26 attached.
  • the structural units 12 and 12 ' are also vacuum-tightly glued or welded together become.
  • the structural units 12 and 12 ' are on the high vacuum side with the suction flange 22 and on the fore-vacuum side with the lower part 24 screwed.
  • seals 28 and 30 are attached between the components 12 and 12 'and the intake flange 22 and the lower part 24, on the other hand. These seals 28 and 30 can with the axial seals 26 as a coherent be formed in one piece sealing element.
  • the invention is illustrated using the example of a two-part embodiment. Also three-part or multi-part embodiments are possible within the scope of the invention, if, for example, manufacturing technology should require it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe mit Rotor (10) und Statorscheiben (14). Das zylindrische Gehäuse der Pumpe besteht aus mindestens zwei entlang der Zylinderachse (5) getrennten Teilen, welche mit den entsprechend getrennten Teilen der Statorscheiben (14) jeweils eine einstückige Baueinheit (12, 12') bilden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Die aktiven Pumpelemente einer Turbomolekularpumpe bestehen aus mit Schaufeln versehenen Rotor- und Statorscheiben, die abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die Rotor- und Statorscheiben weisen im allgemeinen jeweils einen inneren Tragring auf, der auf der Außenseite mit Schaufeln bestückt ist. Die Schaufeln der Rotorscheiben, welche mit hoher Geschwindigkeit umlaufen, ergeben im Zusammenwirken mit den Statorschaufeln den Pumpeffekt. Durch Distanzringe, welche am äußeren Umfang zwischen den Rotorscheiben liegen, werden diese so auf Abstand gehalten, dass die Rotorscheiben zwischen ihnen berührungsfrei rotieren können. Statorscheiben und Distanzringe bilden so gemeinsam den Stator, der durch die Innenwand des Pumpengehäuses zentriert wird und z. B. mit Federn zusätzlich axial so zusammengedrückt wird, dass Statorscheiben und Distanzringe einen festen Verbund bilden.
Diese herkömmliche Art einer Konstruktion von Turbomolekularpumpen ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet, welche zum großen Teil auf die hohe Anzahl der Bauteile zurückzuführen ist. Als Folge entstehen hohe Fertigungskosten und lange Montagezeiten, die sich wiederum auf die Reparatur- und Wartungsarbeiten nachteilig auswirken. Die exakte Einhaltung von Toleranzen, welche für einen sicheren Betrieb einer Turbomolekularpumpe notwendig sind, erfordert mit steigender Anzahl von Bauteilen einen extrem hohen Aufwand. Die radiale Zentrierung und die axiale Fixierung der Statorscheiben bedeuten zusätzliche Justierarbeiten.
In der DE-OS 22 18 615 wird eine Turbomolekularpumpe vorgestellt, welche aus einem in einem Gehäuse angeordneten Stator und einem damit zusammen wirkenden Rotor besteht, wobei der Stator aus zwei zylindrischen Schalen zusammengesetzt ist. Der Nachteil dabei ist, dass der Stator in einem separaten Gehäuse montiert werden muss und radiale Zentrierung sowie axiale Fixierung vorgenommen werden müssen. Dies bedeutet hohe Fertigungskosten und Montagezeiten sowie aufwendige Wartungsarbeiten. Unvermeidliche Spalte zwischen Stator und Gehäuse führen zu störenden Rückströmungen. Weiterhin wird die Abfuhr der beim Pumpenbetrieb im Inneren entstehenden Wärme durch unzureichende Wärmeleitung nach außen behindert.
Die EP 07 51 297 A1 zeigt eine Turbomolekularpumpe, deren Stator aus zwei Teilen besteht. Diese Pumpe ist ohne Gehäuse konzipiert. Sie ist dafür vorgesehen, direkt in eine Rezipienten einzutauchen. Sollte sie mit einem Gehäuse versehen werden, treten die oben beschriebenen Probleme auf.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Turbomolekularpumpe vorzustellen, bei der die Anzahl der Bauteile gegenüber herkömmlichen Konstruktionen deutlich reduziert ist. Dadurch sollen Fertigungskosten und Montagezeiten verringert sowie die Wartungsarbeiten vereinfacht werden. Eine Verbesserung der Wärmeleitung wird angestrebt, was zur Sicherheit des Pumpenbetriebs beiträgt. Weiterhin sollen Rückströmungen innerhalb der Pumpe reduziert werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 - 8 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Anzahl der Bauteile einer Turbomolekularpumpe erheblich verringert. Distanzringe, welche in herkömmlicher Bauweise am äußeren Umfang zwischen den Statorscheiben liegen, entfallen ganz. Dadurch kann die Fertigung vereinfacht und eine leichtere, zeitsparende Montage ermöglicht werden. Dies führt zur Vereinfachung und Reduzierung der Wartungsarbeiten. Die Einhaltung der notwendigen Toleranzen wird durch die reduzierte Anzahl von Bauteilen wesentlich erleichtert. Die radiale Zentrierung und die axiale Fixierung werden durch die Erfindung an sich vorgegeben und bedürfen keiner weiteren Justierarbeit. Innere Undichtigkeiten, welche durch Spalte zwischen den zahlreichen Statorbauteilen verursacht werden, entfallen, so dass störende Rückströmungen in diesem Bereich weitgehend vermieden werden. Der Transport der beim Betrieb der Pumpe entstehenden Wärme nach außen kann durch die kompakte Bauweise und durch die Vermeidung wärmeleitungshemmender Übergänge zwischen den Teilen herkömmlicher Bauweise erheblich verbessert werden. Darüber hinaus kann durch Anbringen von Kühl- oder Heizelementen im Bereich der Statorbauteile eine sehr wirksame Temperaturregelung des gesamten Pumpenaufbaues, besonders jedoch der pumpaktiven Teile, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Pumpe erfolgen.
Anhand der Abbildungen 1 und 2 soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden.
Abbildung 1 zeigt einen Schnitt der erfindungsgemäßen Anordnung nach A - A aus Abbildung 2.
Abbildung 2 zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Anordnung.
Bei der dargestellten Turbomolekularpumpe ist die Ansaugöffnung mit 1 und die Gasaustrittsöffnung mit 2 bezeichnet. Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 8 und 9 fixiert und wird durch den Motor 6 angetrieben. Auf der Rotorwelle 4 sind Rotorscheiben 10 befestigt. Die beiden schalenförmigen Gehäuseteile bilden jeweils mit den beiden Hälften der Statorscheiben 14 zwei einstückige Baueinheiten 12 und 12'. Diese beiden Baueinheiten werden durch tangentiale Verbindungselemente 18 mit einander verbunden. Zwischen den Verbindungselementen sind in axialer Richtung Dichtungen 26 angebracht. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen können die Baueinheiten 12 und 12' auch miteinander vakuumdicht zusammen geklebt oder verschweißt werden. In axialer Richtung sind die Baueinheiten 12 und 12' auf der Hochvakuumseite mit dem Ansaugflansch 22 und auf der Vorvakuumseite mit dem Unterteil 24 verschraubt. Zwischen den Bauteilen 12 und 12' und dem Ansaugflansch 22 und dem Unterteil 24 andererseits sind Dichtungen 28 bzw. 30 angebracht. Diese Dichtungen 28 und 30 können mit den axialen Dichtungen 26 als zusammenhängendes einstückiges Dichtelement ausgebildet sein.
Die Darstellung der Erfindung erfolgt am Beispiel einer zweiteiligen Ausführung. Auch drei- oder mehrteilige Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung möglich, wenn zum Beispiel die Fertigungstechnik es erfordern sollte.

Claims (8)

  1. Turbomolekularpumpe mit Rotor (10) und Statorscheiben (14), welche abwechselnd hinter einander in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet sind und durch ihr Zusammenwirken einen Pumpeffekt erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse aus mindestens zwei entlang der Zylinderachse (5) getrennten Teilen besteht, welche mit den entsprechend getrennten Teilen der Statorscheiben (14) jeweils einstückige Baueinheiten (12, 12') bilden.
  2. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (12, 12') durch tangentiale Verbindungselemente (18) miteinander verbunden sind.
  3. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbindungselementen (12, 12') in axialer Richtung Dichtungen (26) angebracht sind.
  4. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (12, 12') vakuumdicht zusammengeklebt sind.
  5. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (12, 12') miteinander verschweißt sind.
  6. Turbomolekularpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (12, 12') mit dem Ansaugflansch (22) und mit dem Unterteil (24) der Pumpe durch Verschraubungen (20) verbunden sind.
  7. Turbomolekularpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bauelementen (12, 12') und einerseits dem Ansaugflansch (22) sowie andererseits dem Unterteil (24) Dichtungen (28, 30) angebracht sind.
  8. Turbomolekularpumpe nach einem der Ansprüche 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (26) sowie (28) und (30) ein zusammenhängendes einstückiges Dichtelement bilden.
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