EP2913534B1

EP2913534B1 - Vakuumpumpenanordnung

Info

Publication number: EP2913534B1
Application number: EP15152122.6A
Authority: EP
Inventors: Robert Watz; Jan Hofmann
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: DE102014102680A1; EP2913534A3; EP2913534A2; JP2015165134A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpenanordnung, insbesondere Turbomolekularpumpenanordnung, mit einer einen Rotor, einen Stator sowie ein Gehäuse umfassenden Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit wenigstens einem Verbindungselement, über welches die Vakuumpumpe mit einer Vakuumkammer verbindbar ist, wobei das Verbindungselement mit einem dem Pumpengehäuse zugeordneten Pumpenflansch in Eingriff bringbar ist und an einem der Vakuumkammer zugeordneten Gegenflansch fixierbar ist, und mit wenigstens einem separaten, insbesondere als Einlagering ausgebildeten, Zwischenelement.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus US 2005/0029417 A1 bekannt.
Vakuumpumpen wie beispielsweise Turbomolekularpumpen können zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer oder in einem Rezipienten über Verbindungselemente wie insbesondere sogenannte Pratzen mit der Vakuumkammer verbunden sein. Pratzen der hier in Rede stehenden Art sind grundsätzlich bekannte Spannelemente, mit denen Teile aneinander befestigt werden können.
Die Befestigung einer jeweiligen Pratze an dem Vakuumkammergehäuse kann insbesondere über eine Spannschraube erfolgen. Angesichts des relativ hohen Gewichts der Vakuumpumpe sowie der hohen Rotorgeschwindigkeiten muss eine zuverlässige Befestigung der Vakuumpumpe an dem Vakuumkammergehäuse gewährleistet sein, um mit hoher Sicherheit eine Gefährdung des Bedienpersonals auszuschließen. Insbesondere im Fall eines blockierenden Rotors treten schlagartig relativ hohe Momente auf, die vom Rotor über den Stator auf das Pumpengehäuse und von diesem über die Pratzen auf das Vakuumkammergehäuse übertragen werden. Aufgrund der hohen Momente kann es dabei zu einem Verdrehen des Pumpengehäuses gegenüber dem Vakuumkammergehäuse kommen, was eine Beschädigung des Vakuumkammergehäuses im Bereich der Befestigung der Pratzen mit sich bringen kann. Zudem besteht bei der Verwendung solcher Pratzen die Gefahr, dass sich diese im Schadensfall verdrehen und der Pumpenflansch durch die dabei auftretenden Einkerbungen derart beschädigt wird, dass sich die Vakuumpumpe losreißen kann.
Bei einer aus der DE 10 2005 020 904 A1 bekannten Vakuumpumpenanordnung der eingangs genannten Art sind die Verbindungselemente zu deren Sicherung gegen ein Verdrehen jeweils über zwei in Umfangsrichtung des Pumpenflansches einen Abstand voneinander aufweisende Schrauben am Vakuumkammergehäuse befestigt. Eine solche Vakuumpumpenanordnung ist nun aber relativ aufwändig und entsprechend kostspielig. Zudem ergibt sich ein erhöhter Montageaufwand.
Zum Stand der Technik wird außerdem auf EP 2 133 581 A2 sowie auf EP 2 290 242 A2 verwiesen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vakuumpumpenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei konstruktiv vereinfachter und entsprechend kostengünstigerer Verbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer sowie entsprechend vereinfachter Montage eine zuverlässige Sicherung gegen ein Verdrehen der Verbindungselemente gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vakuumpumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vakuumpumpenanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungselement mit wenigstens einem Zahn versehen ist, der bei an dem Gegenflansch fixiertem Verbindungselement und bei zwischen dem Gegenflansch und dem Verbindungselement angeordnetem Zwischenelement zu dessen Sicherung gegen ein Verdrehen in das Zwischenelement eingedrückt ist oder in eine in dem Zwischenelement vorgesehene Aufnahmevertiefung eingreift. Dabei ist das Verbindungselement bevorzugt mit wenigstens zwei einen Abstand voneinander aufweisenden Zähnen versehen. Alternativ kann zumindest ein rippenartig ausgebildeter, langgestreckter Zahn vorgesehen sein.
Aufgrund dieser Ausbildung ergibt sich nicht nur insbesondere hinsichtlich der Verbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer ein konstruktiv einfacherer Aufbau, es wird auch die Montage entsprechend vereinfacht. Indem mit dem Fixieren eines jeweiligen Verbindungselements an dem Gegenflansch unmittelbar auch der Zahn oder die Zähne in das Material des Zwischenelementes eingedrückt werden bzw. in die in diesem vorgesehene Aufnahmevertiefung eingreifen, wird gleichzeitig verhindert, dass sich die Verbindungselemente unter Belastung relativ zum Gegenflansch drehen.
Gemäß einer vorteilhaften praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpenanordnung ist das Verbindungselement mit zumindest einem rippenartig verlängerten Zahn versehen. Dabei kann das Verbindungselement zur Sicherung gegen ein Verdrehen nur genau einen solchen rippenartig verlängerten Zahn aufweisen.
Bevorzugt ist das Verbindungselement mit zumindest einer Durchgangsöffnung für ein Fixierelement, insbesondere eine Spannschraube, versehen, über das es an dem Gegenflansch fixierbar ist. Ist als Fixierelement eine Spannschraube vorgesehen, so ist der Gegenflansch zweckmäßigerweise mit einer Gewindebohrung versehen, in die die Fixierschraube eingreift.
Nachdem ein jeweiliges Verbindungselement zur Sicherung gegen ein Verdrehen mit wenigstens einem Zahn versehen ist, der in das Zwischenelement eingedrückt wird bzw. in eine in diesem vorgesehene Aufnahmevertiefung eingreift, genügt zur Befestigung des Verbindungselements an dem Gegenflansch ein einziges Fixierelement bzw. eine einzige Schraube, womit insbesondere auch die Montage erleichtert wird.
Gemäß einer mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform der Vakuumpumpenanordnung, bei welcher der wenigstens eine Zahn des Verbindungselementes in den Gegenflansch eingedrückt wird, besteht der Gegenflansch aus Aluminium. Grundsätzlich ist es alternativ auch möglich, den zumindest einen Zahn des Verbindungselements in einen aus einem anderen Material bestehenden Gegenflansch einzudrücken.
Das Verbindungselement kann insbesondere als Spannelement oder Pratze ausgebildet sein oder einen pratzenartigen Grundkörper umfassen.
Der Pumpenflansch weist bevorzugt eine insbesondere kreisringförmige Nut auf, in die ein Ansatz des Verbindungselements eingreift.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen pratzenartigen Verbindungselements,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements,
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements,
Fig. 4: eine schematische Teildarstellung des Gegenflansches einer nicht zur Erfindung gehörenden Vakuumpumpenanordnung,
Fig. 5: eine schematische Ansicht einer nicht zur Erfindung gehörenden Anordnung aus Vakuumpumpe und Rezipient, die durch Pratzen miteinander verbunden sind,
Fig. 6 und 7: weitere mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsformen, und
Fig. 8: eine erfindungsgemäße Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein herkömmliches pratzenartiges Verbindungselement 10. Ein solches Verbindungselement 10 dient der Verbindung einer einen Rotor sowie einen Stator umfassenden Vakuumpumpe mit einer Vakuumkammer bzw. einem Rezipienten.
Das Verbindungselement 10 ist mit einem Ansatz 12 versehen, der in eine kreisförmige Nut eines Pumpenflansches eingreift. Zudem ist das Verbindungselement 10 mit einer Durchgangsöffnung 14 für eine Fixierschraube 16 versehen, über die es an einem Gegenflansch der Vakuumkammer fixierbar ist.
Die Vakuumpumpe ist über mehrere solche Verbindungselemente 10 an der Vakuumkammer befestigt. Mit solchen Verbindungselementen besteht nun aber die Gefahr, dass diese sich unter Belastung drehen, wie eingangs erläutert.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpenanordnung, bei der es sich insbesondere um eine Turbomolekularpumpenanordnung handeln kann.
Die betreffende Vakuumpumpenanordnung umfasst eine einen Rotor, einen Stator sowie ein Gehäuse aufweisende Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, die über wenigstens ein solches Verbindungselement 18 mit einer Vakuumkammer verbindbar ist. Dabei ist das Verbindungselement 18 mit einem dem Pumpengehäuse zugeordneten Pumpenflansch in Eingriff bringbar und an einem der Vakuumkammer zugeordneten Gegenflansch 20 (vgl. auch Fig. 4) fixierbar. Eine unmittelbare Fixierung des Verbindungselementes 18 am Gegenflansch 20 ohne Zwischenelement gehört nicht zur Erfindung.
Allgemein ist das Verbindungselement 18 mit wenigstens einem Zahn 22 versehen, der bei an dem Gegenflansch 20 fixiertem Verbindungselement 18 zu dessen Sicherung gegen ein Verdrehen in den Gegenflansch 20 eingedrückt ist oder in eine in dem Gegenflansch 20 vorgesehene Aufnahmevertiefung eingreift. Im ersteren Fall kann die Aufnahmevertiefung entfallen. Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Zahn 22 des Verbindungselementes 18 in das Zwischenelement eingedrückt oder greift in eine in dem Zwischenelement vorgesehene Aufnahmevertiefung ein. Wenn nachfolgend von einem solchen Zusammenwirken des Verbindungselementes 18 mit dem Gegenflansch 20 die Rede ist, dann gehört dies nicht zur Erfindung. Zur Erfindung gehört jeweils ein entsprechendes Zusammenwirken des Verbindungselementes 18 mit dem Zwischenelement.
Das Verbindungselement 18 kann insbesondere mit wenigstens zwei einen Abstand voneinander aufweisenden Zähnen 22 versehen sein, wobei das Verbindungselement gemäß dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel genau zwei solche Zähne 22 aufweist. Wie anhand der Fig. 2 zu erkennen ist, können die Zähne 22 eine zugespitzte Form aufweisen, womit sie leichter in den Gegenflansch 20 eingedrückt werden können.
Das Verbindungselement 18 kann mit einer Durchgangsöffnung 26 für ein Fixierelement 28 wie insbesondere eine Spannschraube oder dergleichen versehen sein, über das es an dem Gegenflansch 20 fixierbar ist.
Ist als Fixierelement 28 eine solche Spannschraube vorgesehen, so kann der Gegenflansch 20 mit einer Gewindebohrung 30 (vgl. Fig. 4) versehen sein, in die die Fixierschraube eingreift.
Wie anhand der Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, ist das Verbindungselement 18 über nur genau ein Fixierelement 28 bzw. nur genau eine Spannschraube an dem Gegenflansch 20 fixierbar, wodurch die Montage wesentlich vereinfacht wird. Ein Verdrehen des Verbindungselements 18 unter Belastung wird durch die mit dem Gegenflansch 20 in Eingriff tretenden Zähne 22 verhindert.
Das Verbindungselement 18 kann insbesondere einen pratzenartigen Grundkörper 32 umfassen und mit einem Ansatz 34 versehen sein, der in eine insbesondere kreisförmige Nut eines Pumpenflansches eingreift.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 18, das mit einem quer zur Längsrichtung der Durchgangsöffnung 26 rippenartig verlängerten Zahn 22 versehen ist. Dabei besitzt dieser rippenartig verlängerte Zahn 22 einen zum Gegenflansch 20 hin sich verjüngenden Querschnitt, womit sich eine dem Gegenflansch 20 zugewandte schmale Kante ergibt, die das Eindringen in den Gegenflansch 20 erleichtert. Im Übrigen kann dieses in der Fig. 3 dargestellte Verbindungselement 18 zumindest im Wesentlichen wieder gleich ausgeführt sein wie das in der Fig. 2 dargestellte Verbindungselement.
Wie bereits erwähnt, können die Zähne 22 eines jeweiligen Verbindungselements 18 zu dessen Sicherung gegen ein Verdrehen auch in eine in dem Gegenflansch 20 vorgesehene Aufnahmevertiefung eingreifen. In diesem Fall müssen die Zähne nicht mehr in diesen Gegenflansch 20 eingedrückt werden und brauchen die Zähne nicht mehr mit einer Spitze oder schmalen Kante versehen zu sein. Die Sicherung gegen Verdrehen ist dann bereits durch den Eingriff in die Aufnahmevertiefung gewährleistet.
Fig. 4 zeigt in schematischer Teildarstellung den Gegenflansch 20 einer beispielhaften Ausführungsform einer mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörenden Vakuumpumpenanordnung. Dabei weist der Gegenflansch 20 eine langgestreckte Vertiefung 24 auf, die einen Abdruck eines eingedrückten langen Zahns 22 gemäß Fig. 3 darstellt, die also durch Eindrücken eines rippenartigen Zahns 22 einer erfindungsgemäßen Spannpratze 18 entstanden ist.
Alternativ kann der Gegenflansch 20 mit einer zu diesem Zweck hergestellten Aufnahmevertiefung für einen Eingriff des wenigstens einen Zahns 22 versehen sein.
Insbesondere dann, wenn die Zähne 22 in den Gegenflansch 20 eingedrückt werden, kann dieser Gegenflansch 20 insbesondere aus Aluminium bestehen, womit das Eindringen der Zähne 22 erleichtert wird. Andere Materialien für den Gegenflansch 20 sind gleichwohl möglich.
In der Fig. 4 ist zudem eine Öffnung 36 der Vakuumkammer zu erkennen, in deren Bereich die Vakuumpumpe an die Vakuumkammer angeschlossen wird.
In Fig. 5 bilden eine Vakuumpumpe 38 und ein Rezipient 40, die mittels mehrerer erfindungsgemäßer Spannpratzen 18 miteinander verbunden sind, eine mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörende Vakuumpumpenanordnung.
In dem mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiel der Fig. 6 greifen mehrere Spannpratzen 18 jeweils mit ihrem Zahn 22 in eine Aufnahmevertiefung 44 ein. Die Vertiefungen 44 sind jeweils als in Umfangsrichtung begrenzte, nut- oder schlitzartige Aussparung im Gegenflansch 20 ausgebildet. Hierdurch wird eine radiale Halterung geschaffen. Außerdem wird ein Verdrehen der Pratzen 18 verhindert.
Hiervon unterscheidet sich die mangels Zwischenelement nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform der Fig. 7 dadurch, dass eine Aufnahmevertiefung 44 für alle Spannpratzen 18 in Form einer umlaufenden Nut im Gegenflansch 20 ausgebildet ist. Auch durch diese Ausgestaltung wird eine radiale Halterung geschaffen.
Fig. 8 zeigt eine alternative, erfindungsgemäße Ausgestaltung, in welcher der Gegenflansch ein separates Zwischenelement 42 in Form eines Einlegerings umfasst, der in den Flansch der Vakuumkammer (nicht gezeigt) bzw. in den der Vakuumkammer zugeordneten Flansch eingelegt werden kann.
Generell, d.h. allgemein und unabhängig von einer konkreten Ausführung, braucht bei Verwendung eines solchen Zwischenelementes die Vakuumkammer bzw. deren Flansch nicht angepasst zu werden und nicht unmittelbar mit dem Zahn des Verbindungselementes zusammenzuwirken. Stattdessen wird der Zahn in das Zwischenelement eingedrückt oder - wie in Fig. 8 gezeigt - greift jeweils der Zahn 22 in eine im Zwischenelement 42 ausgebildete Aufnahmevertiefung 44 ein.
Das Zwischenelement 42 kann als Bestandteil des Gegenflansches 20 angesehen werden. Eine solche Anordnung ist dann nicht erfindungsgemäß, denn zu einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpenanordnung gehört der Gegenflansch nicht. Die Fixierung der Verbindungselemente 18 an der Vakuumkammer bzw. an einem weiteren, der Vakuumkammer zugeordneten Flanschabschnitt (nicht gezeigt), an der bzw. dem das Zwischenelement 42 anliegt, kann wiederum durch Verschrauben erfolgen. Die Fixierschrauben erstrecken sich dann durch die Durchgangsöffnungen 26 in den Pratzen 18 und durch im Zwischenelement 42 ausgebildete Öffnungen 46 hindurch.

Bezugszeichenliste

10: Verbindungselement
12: Ansatz
14: Durchgangsöffnung
16: Fixierschraube
18: Verbindungselement
20: Gegenflansch
22: Zahn
24: Vertiefung (Abdruck)
26: Durchgangsöffnung
28: Fixierelement
30: Gewindebohrung
32: Grundkörper
34: Ansatz
36: Öffnung
38: Vakuumpumpe
40: Vakuumkammer, Rezipient
42: Zwischenelement, Einlegering
44: Aufnahmevertiefung
46: Öffnung

Claims

Vakuumpumpenanordnung, insbesondere Turbomolekularpumpenanordnung,
mit einer einen Rotor, einen Stator sowie ein Gehäuse umfassenden Vakuumpumpe (38), insbesondere Turbomolekularpumpe,
mit wenigstens einem Verbindungselement (18), über welches die Vakuumpumpe (38) mit einer Vakuumkammer (40) verbindbar ist, wobei das Verbindungselement (18) mit einem dem Pumpengehäuse zugeordneten Pumpenflansch in Eingriff bringbar und an einem der Vakuumkammer (40) zugeordneten Gegenflansch (20) fixierbar ist, und
mit wenigstens einem separaten, insbesondere als Einlagering ausgebildeten, Zwischenelement (42),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (18) mit wenigstens einem Zahn (22) versehen ist, der bei an dem Gegenflansch (20) fixiertem Verbindungselement (18) und bei zwischen dem Gegenflansch (20) und dem Verbindungselement (18) angeordnetem Zwischenelement (42) zu dessen Sicherung gegen ein Verdrehen in das Zwischenelement (42) eingedrückt ist oder in eine in dem Zwischenelement (42) vorgesehene Aufnahmevertiefung (44) eingreift.
Vakuumpumpenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18) mit wenigstens zwei einen Abstand voneinander aufweisenden Zähnen (22) versehen ist.
Vakuumpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18) mit einem rippenartig verlängerten Zahn (22) versehen ist.
Vakuumpumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18) mit zumindest einer Durchgangsöffnung (26) für ein Fixierelement (28), insbesondere eine Fixierschraube, versehen ist, über das es an dem Gegenflansch (20) fixierbar ist.
Vakuumpumpenanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass als Fixierelement (28) eine Fixierschraube vorgesehen und der Gegenflansch (20) mit einer Gewindebohrung (30) versehen ist, in die die Fixierschraube eingreift.
Vakuumpumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18) über nur genau ein Fixierelement (28), insbesondere nur genau eine Fixierschraube, an dem Gegenflansch (20) fixierbar ist.
Vakuumpumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenflansch (20) aus Aluminium besteht.
Vakuumpumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18) als Spannelement oder Pratze ausgebildet ist oder einen pratzenartigen Grundkörper (32) umfasst.
Vakuumpumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass der Pumpenflansch eine insbesondere kreisringförmige Nut aufweist, in die ein Ansatz (34) des Verbindungselements (18) eingreift.
Vakuumpumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenelement (42) zumindest eine Aufnahmevertiefung (44) ausgebildet ist, in die das Verbindungselement (18) im fixierten Zustand eingreift, wobei die Aufnahmevertiefung (44) in Umfangsrichtung begrenzt oder als umlaufende Nut ausgebildet ist.