EP1101944B1 - Turbomolekularpumpe - Google Patents

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EP1101944B1
EP1101944B1 EP00124676A EP00124676A EP1101944B1 EP 1101944 B1 EP1101944 B1 EP 1101944B1 EP 00124676 A EP00124676 A EP 00124676A EP 00124676 A EP00124676 A EP 00124676A EP 1101944 B1 EP1101944 B1 EP 1101944B1
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EP
European Patent Office
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turbomolecular pump
pump according
constructional elements
stator
seals
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EP00124676A
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English (en)
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EP1101944A2 (de
EP1101944A3 (de
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Heinrich Lotz
Jörg Stanzel
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Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
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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 pumping elements of a turbomolecular pump consist of rotor blades and stator disks provided with blades, which are arranged alternately one behind the other.
  • the rotor and stator generally each have an inner support ring which is equipped on the outside with blades.
  • the blades of the rotor disks which revolve at high speed, produce the pumping effect in cooperation with the stator blades.
  • spacer rings which lie on the outer circumference between the rotor disks, they are kept at a distance, that the rotor disks can rotate without contact between them.
  • Stator discs and spacers together so form the stator, which is centered by the inner wall of the pump housing and z. B. additionally compressed axially with springs so that stator discs and spacers form a solid composite.
  • turbomolecular pump which consists of a stator arranged in a housing and a cooperating therewith Rotor consists, wherein the stator is composed of two cylindrical shells.
  • the disadvantage here is that the stator must be mounted in a separate housing and radial centering and axial fixation must be made. This means high production costs and assembly times as well as expensive maintenance work. Inevitable gaps between stator and housing lead to disturbing backflow. Furthermore, the removal of the heat generated during pump operation inside heat is hindered by insufficient heat conduction to the outside.
  • EP 07 51 297 A1 shows a turbomolecular pump whose stator consists of two parts. This pump is designed without housing. It is intended to immerse directly in a recipient. Should it be provided with a housing, the problems described above occur.
  • the invention has for its object to present a turbomolecular pump in which the number of components compared to conventional constructions is significantly reduced. This should reduce manufacturing costs and assembly times and simplify maintenance. An improvement in the heat conduction is sought, which contributes to the safety of the pump operation. Furthermore, backflow within the pump should be reduced.
  • the number of components of a turbomolecular pump is significantly reduced.
  • Spacers which lie in conventional construction on the outer circumference between the stator, eliminated entirely.
  • the production can be simplified and a lighter, time-saving installation can be made possible.
  • Compliance with the necessary tolerances is greatly facilitated by the reduced number of components.
  • the radial centering and the axial fixation are given by the invention itself and require no further adjustment work. Internal leaks, which are caused by gaps between the numerous stator components, omitted, so that disturbing backflow in this area are largely avoided.
  • the transport of the heat generated during operation of the pump to the outside can be significantly improved by the compact design and by avoiding heat conduction-inhibiting transitions between the parts of conventional design.
  • cooling or heating elements in the region of the stator components, a very effective temperature control of the entire pump structure, but especially the pump-active parts, depending on the operating conditions of the pump.
  • FIG. 1 shows a section of the arrangement according to the invention according to A - A from FIG. 2.
  • Figure 2 shows a plan view of the arrangement according to the invention.
  • the intake opening is denoted by 1 and the gas outlet opening by 2.
  • the rotor shaft 4 is fixed in bearings 8 and 9 and is driven by the motor 6.
  • Rotor disks 10 are fastened on the rotor shaft 4.
  • the two shell-shaped housing parts each form two integral structural units 12 and 12 'with the two halves of the stator disks 14. These two units are connected by tangential connecting elements 18 with each other. Between the connecting elements seals 26 are mounted in the axial direction.
  • the assemblies 12 and 12 ' can also be glued or welded together vacuum-tight together.
  • seals 28 and 30 are mounted. These seals 28 and 30 may be formed with the axial seals 26 as a continuous one-piece sealing element.

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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