EP1236906B1 - Turbomolekularpumpe - Google Patents

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EP1236906B1
EP1236906B1 EP02001844A EP02001844A EP1236906B1 EP 1236906 B1 EP1236906 B1 EP 1236906B1 EP 02001844 A EP02001844 A EP 02001844A EP 02001844 A EP02001844 A EP 02001844A EP 1236906 B1 EP1236906 B1 EP 1236906B1
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EP
European Patent Office
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components
housing
gas outlet
outlet opening
higher pressure
Prior art date
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EP02001844A
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English (en)
French (fr)
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EP1236906A1 (de
Inventor
Peter Fahrenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical 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
    • 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
    • F04D29/5853—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 turbomolecular pump according to the preamble of claim 1.
  • Such turbomolecular pumps usually consist of a number of stages, which may be designed differently and each having rotor and stator components. These pump-active parts are penetrated by the gas to be delivered.
  • the field of application of these pumps increasingly extends to processes involving large quantities of easily condensable gases, such as chemical processes or semiconductor manufacturing.
  • the gases are compressed from the high vacuum range to a pressure range in which laminar flow prevails, or even to atmospheric pressure. This means that in this area of higher pressure relatively large amounts of gas are conveyed. If then these gases are easily condensable, which is more the case at low temperatures, liquid or solid deposits will occur to a considerable extent. As a result, corrosion and etching processes can be caused, which can lead to the destruction of individual components or the entire pump. This is particularly critical in the pump types considered here, since their optimal mode of operation can only be achieved with high speeds and very small distances between stationary and rotating parts.
  • the invention has for its object to provide a construction in which only the threatened by deposits components are heated specifically.
  • a turbomolecular pump with the housing 1, which is provided with a suction port 2 in the high vacuum region 8 and a gas outlet opening 3 in the pre-vacuum region 10.
  • the rotor shaft 4 is fixed in bearings 5 and 6 and is driven by the motor 7.
  • the gases entering at the intake opening are supplied by the pump-active components via a pre-vacuum-side gap 18 to the gas outlet opening 3.
  • the interspace 18 is provided with a heater 20 and connected to the pre-vacuum-side stator components 24 via thermal connection with high thermal conductivity.
  • stator components 24 are made of a material with high thermal conductivity and the contacts between them are formed over a large area. Thermally, the gap is separated from the housing 1 and the high-vacuum-side stator components by thermal resistors 28.
  • the gas outlet opening 3 may also be provided with a heater 21 and be thermally separated by thermal resistances 27 from the adjacent housing parts.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Turbomolekularpumpen 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. Siehe DE-A-19702456 als nächstkommenden Stand der Technik, bzw. EP-A-0646220 . 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 unerwünschte 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 Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 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 läutert 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.

Claims (3)

  1. Turbomolekularpumpe mit in einem Gehäuse (1) untergebrachten pumpaktiven Rotor- und 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 Gasaustrittsöffnung (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (18) derart mit einer Heizung (20) versehen ist und einerseits über thermische Anbindung mit hoher Wärmeleitfähigkeit derart mit den Statorbauteilen (24) im Bereich höheren Druckes verbunden ist sowie andererseits durch Wärmeleitwiderstände (26) derart thermisch vom Gehäuse (1) getrennt ist, dass nur die besonders stark von Ablagerungen bedrohten Bauteile aufgeheizt werden, dass die hochvakuumseitigen Statorbauteile durch Wärmeleitwiderstände (28) von den Statorbauteilen im Bereich höheren Druckes thermisch getrennt sind, und dass die Gasaustrittsöffnung (3) durch Wärmeleitwiderstände (27) von den angrenzenden Gehäusebauteilen thermisch getrennt ist.
  2. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung (3) mit einer Heizung (21) versehen ist.
  3. Turbomolekularpumpe 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.
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