EP1236906A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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EP1236906A1
EP1236906A1 EP02001844A EP02001844A EP1236906A1 EP 1236906 A1 EP1236906 A1 EP 1236906A1 EP 02001844 A EP02001844 A EP 02001844A EP 02001844 A EP02001844 A EP 02001844A EP 1236906 A1 EP1236906 A1 EP 1236906A1
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vacuum pump
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higher pressure
gas outlet
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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
    • 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
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5853—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps heat insulation or conduction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump according to the preamble of the 1st claim for protection.
  • Such a vacuum pump can be used, for example, as a turbomolecular pump or as Molecular pump according to the Holweck design or as a combination of both types be trained.
  • the invention further extends to combinations with pumps, which emit after higher pressure, such as side channel pumps.
  • Such vacuum pumps usually consist of a number of stages, which can be designed differently and each have rotor and stator components. These pump-active parts are penetrated by the gas to be pumped.
  • the area of application these pumps increasingly extend to processes where large Quantities of easily condensable gases are generated, such as chemical processes or semiconductor manufacturing.
  • these gases are easily condensable are, which is all the more the case at low temperatures, or solid deposits to a significant extent. This can cause corrosion and etching processes, which lead to the destruction of individual components or the entire pump.
  • This is the case with the pump types considered here particularly critical because their optimal mode of operation only at high speeds and very small distances between stationary and rotating parts can be.
  • the invention has for its object to present a construction in which only the components threatened by deposits are specifically heated.
  • the arrangement according to the invention ensures that only the critical components, d. H. those who are particularly at risk of deposits are heated up become.
  • the heat is generated by thermal connections with high thermal conductivity targeted to the critical points.
  • Other components, such as housings, High vacuum connection, bearings and drive are through thermal insulation from the heater except.
  • a turbomolecular pump is shown with the housing 1, which has an intake opening 2 in the high vacuum area 8 and a gas outlet opening 3 in the fore vacuum area 10 is provided.
  • the rotor shaft 4 is fixed in bearings 5 and 6 and is driven by the motor 7.
  • Rotor components 12 are fastened on the rotor shaft 4. These have pump-active structures and, with the stator components 14, which can also be provided with pump-active structures, the pump effect.
  • the gases entering the intake opening are generated by the pump-active components fed to the gas outlet opening 3 via an intermediate space 18 on the forevacuum side.
  • the space 18 is provided with a heater 20 and over thermal connection with high thermal conductivity with the fore-vacuum stator components 24 connected.
  • stator components 24 consist of a material with high thermal conductivity and the contacts between them are formed over a large area. It becomes thermal Clearance from the housing 1 and the high vacuum stator components Thermal resistances 28 separated.
  • gas outlet opening 3 can also provided with a heater 21 and by thermal resistances 27 from the adjacent Housing parts must be thermally separated.
  • the expression pre-vacuum also includes higher pressure ranges down to atmospheric pressure.

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Abstract

Bei einer Vakuumpumpe werden Bauteile, die sich im Bereich höheren Druckes befinden und die durch Ablagerungen besonders bedroht sind, gezielt aufgeheizt. Dazu wird die Wärme mit Hilfe thermischer Anbindung gezielt an kritische Stellen gebracht. Bauteile, für die eine höhere Temperatur unerwünscht ist, werden durch Wärmeleitwiderstände (26, 27) von der Heizung (20) und den beheizten Teilen isoliert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches.
Eine solche Vakuumpumpe kann zum Beispiel als Turbomolekularpumpe oder als Molekularpumpe nach der Bauart von Holweck oder als Kombination beider Typen ausgebildet sein. Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf Kombinationen mit Pumpen, welche nach höherem Druck hin ausstoßen, wie zum Beispiel Seitenkanalpumpen.
Derartige Vakuumpumpen bestehen in der Regel aus einer Anzahl von Stufen, welche unterschiedlich gestaltet sein können und jeweils Rotor- und Statorbauteile aufweisen. Diese pumpaktiven Teile werden von dem zu fördernden Gas durchsetzt. Der Einsatzbereich dieser Pumpen erstreckt sich zunehmend auf Verfahren, bei denen große Mengen von leicht kondensierbaren Gasen anfallen, wie zum Beispiel chemische Prozesse oder die Halbleiterfertigung. Dabei werden die Gase vom Hochvakuumbereich bis zu einem Druckbereich, in welchem laminare Strömung herrscht, oder gar bis Atmosphärendruck komprimiert. Das bedeutet, dass in diesem Bereich höheren Druckes relativ große Gasmengen gefördert werden. Wenn dann diese Gase leicht kondensierbar sind, was bei tiefen Temperaturen umso mehr der Fall ist, kommt es zu Flüssigkeits- oder Feststoffabscheidungen im beträchtlichen Ausmaß. Dadurch können Korrosions- und Ätzvorgänge hervorgerufen werden, welche zur Zerstörung einzelner Bauteile oder der ganzen Pumpe führen können. Dies ist bei den hier betrachteten Pumpentypen besonders kritisch, da ihre optimale Wirkungsweise nur mit hohen Drehzahlen und sehr geringen Abständen zwischen stehenden und rotierenden Teilen erreicht werden kann.
Es gibt Konstruktionen, die zum Ziel haben, die unerwünschten Ablagerungen durch Aufheizen der kritischen Bereiche zu verhindern (DE-A 197 02 456, EP-A 06 46 220). Bei diesen Konstruktionen werden die kritischen Bereiche durch großflächige Wärmezufuhr aufgeheizt. Der Nachteil dabei ist, das dadurch auch Teile der Pumpe aufgeheizt werden, die von den Abscheidungen nicht betroffen sind, wie zum Beispiel Gehäuse, Hochvakuumanschluss, Lagerung und Antrieb. Dies führt neben überhöhtem Energieverbrauch zu weiteren unterschiedlichen nachteiligen Folgen, wie unerwünsch te Ausdehnung von Bauteilen mit äußerst engen Toleranzen, schädliche Beeinträchtigung von Antrieb und Lagerteilen und Gefahr der Verletzung bei Berührung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion vorzustellen, bei der lediglich die von Ablagerungen bedrohten Bauteile gezielt aufgeheizt werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, dass nur die kritischen Bauteile, d. h. diejenigen, die besonders stark von Ablagerungen bedroht sind, aufgeheizt werden. Durch thermische Anbindungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird die Wärme gezielt an die kritischen Stellen geführt. Andere Bauteile, wie zum Beispiel Gehäuse, Hochvakuumanschluss, Lager und Antrieb, werden durch Wärmeisolation von der Heizung ausgenommen. Diese Maßnahmen führen zu Vorteilen, wie Begrenzung des Energieverbrauchs, Vermeidung unerwünschter Ausdehnung von Bauteilen mit engen Toleranzen, schädliche Beeinträchtigung von Antriebs- und Lagerteilen und Verletzungsgefahr durch Berührung. Durch einen höheren Gasdurchsatz kann die Leistungsfähigkeit der Pumpe gesteigert werden. Die geringe Wärmekapazität der Heizungsteile und der Statorbauteile im Bereich höheren Druckes hat eine kurze Aufheizzeit und einen geringeren Leistungsbedarf zur Folge.
Anhand der Figur soll die Erfindung am Beispiel einer Turbomolekularpumpe näher erläutert werden.
Dargestellt ist eine Turbomolekularpumpe mit dem Gehäuse 1, welches mit einer Ansaugöffnung 2 im Hochvakuumbereich 8 und einer Gasaustrittsöffnung 3 im Vorvakuumbereich 10 versehen ist. Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 5 und 6 fixiert und wird durch den Motor 7 angetrieben. Auf der Rotorwelle 4 sind Rotorbauteile 12 befestigt. Diese weisen pumpaktive Strukturen auf und bewirken mit den Statorbauteilen 14, welche ebenfalls mit pumpaktiven Strukturen versehen sein können, den Pumpeffekt. Die bei der Ansaugöffnung eintretenden Gase werden von den pumpaktiven Bauteilen über einen vorvakuumseitigen Zwischenraum 18 der Gasaustrittsöffnung 3 zugeführt. Erfindungsgemäß ist der Zwischenraum 18 mit einer Heizung 20 versehen und über thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit den vorvakuumseitigen Statorbauteilen 24 verbunden. Diese thermische Anbindung wird dadurch hergestellt, dass die Statorbauteile 24 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und die Kontakte zwischen ihnen großflächig ausgebildet sind. Thermisch wird der Zwischenraum vom Gehäuse 1 und den hochvakuumseitigen Statorbauteilen durch Wärmeleitwiderstände 28 getrennt. Zusätzlich kann die Gasaustrittsöffnung 3 ebenfalls mit einer Heizung 21 versehen und durch Wärmeleitwiderstände 27 von den angrenzenden Gehäuseteilen thermisch getrennt sein.
Da die Erfindung sich über das beschriebene Beispiel einer Turbomolekularpumpe hinaus auch auf Pumpen oder Pumpsysteme erstreckt, welche bis zu Atmosphärendruck ausstoßen, umfasst der Ausdruck Vorvakuum hier auch höhere Druckbereiche bis hin zum Atmosphärendruck.

Claims (5)

  1. Vakuumpumpe mit in einem Gehäuse (1) untergebrachten pumpaktiven Rotorund Statorbauteilen (12, 14), wobei das Gehäuse (1) im Hochvakuumbereich (8) mit einer Ansaugöffnung (2) und im Bereich höheren Druckes (10) mit einer Gasaustrittsöffnung (3) versehen ist und das dem Bereich höheren Druckes zugewandte Ende (16) der pumpaktiven Bauteile über einen Zwischenraum (18) mit der Gasaustrittsführung (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (18) mit einer Heizung (20) versehen ist und einerseits über thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit den Statorbauteilen (24) im Bereich höheren Druckes verbunden ist sowie andererseits durch Wärmeleitwiderstände (26) thermisch vom Gehäuse (1) getrennt ist.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung (3) mit einer Heizung (21) versehen ist.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit dadurch hergestellt wird, dass die Statorbauteile (24) selbst aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und die Kontakte zwischen ihnen großflächig ausgebildet sind.
  4. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hochvakuumseitigen Statorbauteile durch Wärmeleitwiderstände (28) von den Statorbauteilen im Bereich höheren Druckes thermisch getrennt sind.
  5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung (3) durch Wärmeleitwiderstände (27) von den angrenzenden Gehäusebauteilen thermisch getrennt ist.
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