EP3034881A1 - Vakuumpumpe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a vacuum pump with a pump housing.
- Vacuum pumps are used in various technical processes, for example in semiconductor production, to remove a gas to be pumped, which is also referred to as pumping gas, from a volume to be evacuated and to generate a vacuum necessary for the respective technical process. Particular importance is given to turbomolecular pumps, which are operated at high speeds and are able to produce a vacuum with high purity.
- turbomolecular pumps in particular are used in high-resolution mass spectrometry.
- High-resolution mass spectrometry is widely used in the detection and identification of molecular structures and in the study of chemical and physical processes.
- a variety of different techniques for generating a mass spectrum using various collection and detection techniques are known.
- One such technique is, for example, a Fourier transform mass spectrometer.
- the spectrometers generate very large magnetic fields with a magnetic flux density of, for example, 10 to 20 Tesla.
- the vacuum pumps arranged in the vicinity of these mass spectrometers are likewise exposed to large magnetic fields. These magnetic fields can have a magnetic flux density of several hundred millitesla.
- the technical problem underlying the invention is to provide a vacuum pump that can work even in applications with high magnetic field strengths without the described eddy current effects.
- the vacuum pump according to the invention with a pump housing, which has a connection flange for connection to a recipient, is characterized in that a screen housing is provided which at least partially and the connecting flange is formed almost completely or completely enclosing the pump housing.
- the shield housing encloses the pump housing at least partially and the connection flange almost completely or completely in the axial direction. Almost completely means that the shield housing encloses the connection flange more than 75%, preferably more than 90%.
- the shield housing encloses the pump housing advantageously at least partially and the connection flange completely in the radial direction.
- the pump according to the invention can be used in applications with high magnetic field strengths, since a shield of the vacuum pump is generated, in which no eddy current effects on the rotor lead to a thermal overload of the pump.
- the pump housing itself is usually made of materials with poor or absent shielding properties.
- the shielding is achieved by the shield housing provided according to the invention, which is formed at least partially and the connecting flange almost completely or completely enclosing the pump housing.
- the vacuum pump according to the invention has the advantage that the screen housing, by virtue of the fact that it almost completely or completely encloses the fastening flange, can be formed abutting the recipient or with a distance of only a few millimeters, that is to say essentially up to the recipient's custom housing. so that the shield is effective up to the recipient and no weak point is created in the flange mounting.
- the shield housing has a mounting flange for connection to the recipient. This ensures that the shield housing is arranged directly on the recipient and thus no gaps in the shield arise, through which the external magnetic field can penetrate and cause eddy current effects on the rotor.
- the shield housing for connection to the recipient blind holes and / or through holes. These holes can be thread-free or formed with an internal thread.
- the shield housing has the mounting flange for attachment to the recipient with the corresponding blind holes and / or through holes
- the shield housing has an outer diameter in the region of the mounting flange, which corresponds to the usual outer diameter of the mounting flange of the pump housing.
- This embodiment has the advantage that the screen housing does not lead to an increase in the installation space and thus not to collisions in the system.
- the shield is thus designed according to the invention such that in the shield housing, the attachment function of the housing flange is integrated.
- the shield housing on the recipient side has a flange.
- This mounting flange is, as already stated, advantageous to connect the shield housing and not the pump housing to the recipient.
- This embodiment according to the invention has the advantage that not only the mounting flange of the pump housing is enclosed by the screen housing, but also that the entire area of the pump housing, which accommodates the rotor, is enclosed by the screen housing. This in turn means that the entire rotor is indirectly enclosed by the screen housing, so that the described eddy current effects on the rotor do not occur. Indirect means that the shield housing encloses the pump housing and the pump housing encloses the rotor.
- the shield housing is constructed in one piece or in several parts.
- the shield housing can be built in one piece and the vacuum pump is connected to the Pump housing inserted into the shield housing.
- the shielding housing may also be formed divided along one or more generatrices, so that the shielding housing can be arranged around the pump housing, for example also in the region of connection flanges.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one O-ring is arranged between the shield housing and the pump housing.
- the O-ring can have a sealing effect. In the first place, however, it is provided that the at least one O-ring serves for the mechanical stabilization, that is to say the damping.
- the O-ring acts primarily tolerance-compensating.
- At least one CF seal is provided for sealing the pump housing and / or the screen housing relative to the recipient.
- a CF seal is characterized by the fact that both flange partners are made of stainless steel, that between the flanges a copper ring seal is arranged, that both flanges have a (stainless steel) cutting edge, which press into the copper ring and thus form the seal ,
- This seal which can be arranged in the high vacuum region, without outgassing, serves to seal the connection area between the pump housing and the recipient and / or between the shield housing and the recipient in order to ensure a vacuum-tight connection.
- the flange of the screen housing is a standard flange educated.
- a standard flange attachment such as ISO-F or ISO CF corresponds, which due to the high wall thickness of the shield, the use of the pump in very high magnetic field strengths without significant impact on the temperature behavior of the pump becomes possible.
- a shield with ISO-F flange mounting to an ISO-K housing similar to an ISO-F-Übersch adapted.
- This makes it possible to retrofit a pump with standard ISO-K flange with a shield housing according to the invention and then to assemble with an ISO-F flange connection.
- the shield housing according to the invention can be made of a pipe material with a suitable inner and outer diameter with little effort.
- the shield housing is at least partially formed of a magnetic field shielding material. It is advantageously provided that the shield housing is at least partially formed of ferromagnetic material.
- soft iron, nickel or cobalt can be used as the material, with iron being the least expensive material and thus being used with preference.
- the shield housing from inexpensive structural steel.
- a housing section is provided, in which an electronics and / or a motor is / are arranged, and that the housing section is at least partially disposed in the screen housing and / or in a further screen housing.
- This embodiment has the advantage that the motor and / or the electronics are shielded from an externally applied magnetic field, which also has an advantageous effect on the operation of the vacuum pump.
- the vacuum pump is designed as a turbomolecular pump. These pumps operate at particularly high speeds. These pumps are operated at speeds up to 90,000 revolutions per minute and the shielding according to the invention has been found to be particularly advantageous in these pumps.
- the use of the screen housing according to the invention is also possible with vacuum pumps with additional taps (split-flow pumps).
- the shield housing has corresponding openings for these taps. However, these openings are not detrimental to a suitable dimensioning for the shielding effect.
- the shielding housing must basically have no sealing function, whereby the demands on the surface quality are only small. Since the shield has no contact with the vacuum area, materials can be used be otherwise unsuitable for the vacuum technology, but which are inexpensive.
- the shield housing has a sealing function.
- the shield housing Since the shield surrounds at least the entire area of the rotor which is equipped with rotor disks, the shield housing contributes to housing safety.
- the pump housing can therefore be made thin-walled or from a smaller output part, whereby a significant cost savings in the manufacture of the vacuum pumps occurs.
- the flange of the pump housing can be formed with a significantly smaller diameter, whereby the pump housing can be made of an output member with a much smaller diameter. Since the starting component (blank) has a significantly smaller diameter, the cost of this component compared to the prior art components for the vacuum pumps are significantly reduced.
- the vibration behavior of the vacuum pump can be positively influenced.
- the connection between the shield housing and the pump housing can be designed such that it has a damping effect.
- the Fig. 1 to 3 show a turbomolecular pump 1, which has a pump housing 2 and a screen housing 3.
- the vacuum pump 1 has a turbomolecular pumping stage 5 and a Holweckpumpcut 6. The pumping stages are only in Fig. 3 shown.
- the shielding housing 3 has an axial longitudinal extent, such that the Holweckpumpmeasure 6 and the turbomolecular pumping stage 5 including the flange 9 of the vacuum pump 1 are completely enclosed in the axial direction of the screen housing 3. This ensures that, when the vacuum pump 1 is used in the region of high magnetic field strengths, there is a shielding of the rotor 7, eddy current effects on the rotor 7, which can lead to thermal overloading of the vacuum pump 1, are avoided.
- the rotor 7 consists of a shaft 10 which carries rotor blades 11 in the region of the turbomolecular pump stage 5.
- the rotor blades 11 engage in stator blades 12, which are fastened to the pump housing 2.
- the Holweckpumptreatmentn 6 have rotating, arranged on the shaft 10 pump-active structures 13 and disposed on the stator pump-active structures 14.
- the shield housing 3 takes over with the flange 8, the attachment function to the recipient.
- the shield housing 3 has the flange 8, which is designed as an ISO standard flange.
- the flange 8 is designed as an ISO-F flange.
- the in the Fig. 1 to 3 illustrated vacuum pump 1 has a mounting flange 9 which is formed as arranged within the screen housing 3 flange 9.
- the attachment to the recipient is done by the ISO-F flange on the shield housing 3.
- the connection of the shield housing 3 to the pump flange is carried out as in the ISO-F-Übersch.
- the outer diameter of the screen housing 3 is constant over the entire axial length.
- the O-ring 30 has no sealing function, but serves primarily as a tolerance-compensating and for damping between the pump housing 2 and the screen housing. 3
- a vacuum pump 1 which has a pump housing 2 and a screen housing 3.
- the shielding housing 3 has a flange 8, in which fastening screws 16 can be arranged in holes 17 provided for this purpose. For sealing against a recipient beyond a CF seal 18 is provided.
- the vacuum pump 1 also has an unshielded electronics housing 4.
- the vacuum pump 1 has an inlet 19 and an outlet 20.
- the inlet 19 is connected to a recipient, not shown.
- the pump structure consisting of rotor and stator is not shown. However, it may have the same or similar construction as it has in the Fig. 1 to 3 is shown.
- vacuum pump 1 realized via the mounting flange of the screen housing the attachment to the recipient.
- the cutting edge of the CF seal 18 is arranged on the pump housing 2.
- the screen housing 3 has an outer diameter A
- the pump housing 2 has an outer diameter B.
- the mounting flange of the pump housing 2 is designed as a standard flange
- the pump housing 2 has an outer diameter A in order to be able to be connected to a standardized standard connection of a recipient.
- the blank, from which the pump housing 2 is manufactured must have a diameter A.
- the pump housing 2 is rotated, for example, from the blank.
- the blank must have an outer diameter corresponding to the largest diameter of the finished pump housing 2.
- the shielding housing 3 now has an outer diameter A, while the pump housing has a maximum outer diameter B.
- a blank can be used which has an outer diameter B. Since the pump housing 2 is usually made of stainless steel, a reduction in the outer diameter of the blank to a considerable extent saves costs.
- the shield housing 3 usually has no sealing function, the requirements for the surface quality are only small. At the same time relatively inexpensive material can be used for the screen housing 3, since only the magnetic field shielding effect be given got to. This effect meets, for example, simple structural steel, since this is ferromagnetic.
- Fig. 7 shows a recipient 21, which is secured to the screen housing 3 with an ISO-K flange with claws.
- an O-ring seal 25 is provided between the flange 9 of the pump housing 2 and the flange 24 of the recipient.
- a centering ring 31 with O-ring 25 is used for this purpose.
- an O-ring seal 34 is provided between the shield housing 3 and the pump housing 2.
- Fig. 8 shows a further mounting option with a coupling ring 26 (ISO-F).
- the coupling ring is arranged on the flange 24 of the recipient 21. Screws 23 engage through the coupling ring 26 in holes 17 of the flange 8 of the screen housing 3 and thus connect the pump housing 2 with the recipient 21.
- an O-ring seal such as Example, a centering ring 31 with O-ring seal 25 is arranged.
- an O-ring seal 34 is provided between the shield housing 3 and the pump housing 2.
- Fig. 9 shows an ISO-F flange 27 which is disposed on a recipient 21.
- the ISO-F flange 27 is fastened with screws 23 on the screen housing 3, which engage in holes 17.
- the holes 17 are arranged in the flange 8.
- the pump housing 2 arranged in the shield housing 3, the pump housing 2 arranged.
- an O-ring seal 34 is provided in the shield housing 3.
- a centering ring 31 and an O-ring seal 25 are arranged.
- Fig. 10 shows a CF flange 28 which is disposed on the recipient 21.
- the shield housing 3 has the flange 8 with holes 17. In the threaded holes 17 engage screws 23 which connect the CF flange 28 with the screen housing 3. Between the flange 9 of the pump housing 2 and the CF flange, a CF seal 18 is arranged.
- the shield housing 3 is advantageously designed such that the shield housing 3 takes over the attachment function of the housing flange.
- the outer dimensions in the flange area may correspond to those of a standard flange mounting such as ISO-F or ISO-CF. It is possible to adapt an ISO F flange mount shield housing 3 to an ISO K housing, similar to an ISO F male flange. In this way it is possible to retrofit standard ISO-K pumps with a screen housing 3 according to the invention and to mount them with an ISO-F flange connection.
- Fig. 11 shows the vacuum pump 1, as in Fig. 2 is shown.
- the same parts are provided with the same reference numbers.
- an electronics housing 4 is additionally arranged in a shield housing 29 in order to achieve additional shielding of the electronics.
- a motor housing 33 it is also possible to arrange a motor housing 33 within a screen housing 32.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse.
- Vakuumpumpen werden in verschiedenen technischen Verfahren wie zum Beispiel bei der Halbleiterherstellung eingesetzt, um ein zu pumpendes Gas, welches auch als Pumpgas bezeichnet wird, aus einem zu evakuierenden Volumen abzufördern und ein für das jeweilige technische Verfahren notwendiges Vakuum zu erzeugen. Besondere Bedeutung kommt dabei Turbomolekularpumpen zu, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden und in der Lage sind, ein Vakuum mit hoher Reinheit zu erzeugen.
- Zum Beispiel werden insbesondere Turbomolekularpumpen in der hochauflösenden Massenspektrometrie eingesetzt. Die hochauflösende Massenspektrometrie wird beim Detektieren und Identifizieren molekularer Strukturen und bei der Untersuchung chemischer und physikalischer Prozesse weithin verwendet. Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken für das Erzeugen eines Massenspektrums unter Verwendung verschiedener Auffang- und Detektionsmethoden bekannt. Eine solche Technik ist zum Beispiel ein Fourier-Transformationsmassenspektrometer.
- In den Spektrometern werden sehr große Magnetfelder mit einer magnetischen Flussdichte von beispielsweise 10 bis 20 Tesla erzeugt.
- Die in der Umgebung dieser Massenspektrometer angeordneten Vakuumpumpen werden ebenfalls großen Magnetfeldern ausgesetzt. Diese Magnetfelder können eine magnetische Flussdichte von mehreren hundert Millitesla aufweisen.
- Durch das äußere Magnetfeld wird in der Vakuumpumpe mit dem sich schnell drehenden Rotor aufgrund von Wirbelstromeffekten ein Bremsmoment erzeugt, welches in einer Leistungszunahme des Motors resultiert, da der Motor derart ausgelegt ist, dass eine vorgegebenen Drehzahl eingehalten wird. Die Leistungszunahme des Motors resultiert in einer Wärmezunahme in der Vakuumpumpe. Durch die Wärmezunahme ist es schwieriger, niedrige Drücke zu erzeugen, da durch die Wärmezunahme eine erhöhte Molekülbewegung verursacht wird. Im ungünstigsten Fall kann es zu Betriebsstörungen oder sogar zu Beschädigungen der Vakuumpumpe durch das schnelle Erwärmen kommen.
- Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vakuumpumpe anzugeben, die auch bei Anwendungen mit hohen Magnetfeldstärken ohne die beschriebenen Wirbelstromeffekte arbeiten kann.
- Dieses technische Problem wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse, welches einen Anschlussflansch zum Anschluss an einen Rezipienten aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Schirmgehäuse vorgesehen ist, welches das Pumpengehäuse wenigstens teilweise und den Anschlussflansch nahezu vollständig oder vollständig umschließend ausgebildet ist.
- Das Schirmgehäuse umschließt das Pumpengehäuse wenigstens teilweise und den Anschlussflansch nahezu vollständig oder vollständig in axialer Richtung. Nahezu vollständig bedeutet, dass das Schirmgehäuse den Anschlussflansch zu mehr als 75 %, vorzugsweise mehr als 90 % umschließt. Das Schirmgehäuse umschließt das Pumpengehäuse vorteilhaft wenigstens teilweise und den Anschlussflansch vollständig in radialer Richtung.
- Die erfindungsgemäße Pumpe ist in Anwendungen mit hohen Magnetfeldstärken einsetzbar, da eine Abschirmung der Vakuumpumpe erzeugt wird, bei der keine Wirbelstromeffekte am Rotor zu einer thermischen Überlastung der Pumpe führen. Das Pumpengehäuse an sich ist üblicherweise aus Materialien mit schlechten oder fehlenden abschirmenden Eigenschaften hergestellt. Die Abschirmung wird durch das erfindungsgemäß vorgesehene Schirmgehäuse erzielt, die das Pumpengehäuse wenigstens teilweise und den Anschlussflansch nahezu vollständig oder vollständig umschließend ausgebildet ist.
- Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist den Vorteil auf, dass das Schirmgehäuse dadurch, dass es den Befestigungsflansch nahezu vollständig oder vollständig umschließt, bis an den Rezipienten anstoßend oder mit nur wenigen Millimetern Abstand, das heißt im Wesentlichen bis zu dem kundenspezifischen Gehäuse des Rezipienten ausgebildet sein kann, so dass die Abschirmung bis zu dem Rezipienten wirksam ist und im Bereich der Flanschbefestigung keine Schwachstelle entsteht.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Schirmgehäuse einen Befestigungsflansch zum Anschluss an den Rezipienten auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Schirmgehäuse unmittelbar an dem Rezipienten angeordnet ist und somit keine Lücken in der Abschirmung entstehen, durch die das äußere Magnetfeld eindringen und Wirbelstromeffekte am Rotor verursachen kann.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schirmgehäuse zum Anschluss an den Rezipienten Sacklochbohrungen und/oder Durchgangsbohrungen aufweist. Diese Bohrungen können gewindefrei oder mit Innengewinde ausgebildet sein.
- Dadurch, dass das Schirmgehäuse den Befestigungsflansch zur Befestigung an dem Rezipienten mit den entsprechenden Sacklochbohrungen und/oder Durchgangsbohrungen aufweist, weist das Schirmgehäuse einen Außendurchmesser im Bereich des Befestigungsflansches auf, der dem sonst üblichen Außendurchmesser des Befestigungsflansches des Pumpengehäuses entspricht.
- Hierdurch ist gewährleistet, dass die Baugröße der Vakuumpumpe mit Pumpengehäuse und Schirmgehäuse nicht größer ist, als das zum Stand der Technik gehörende Pumpgehäuse. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Schirmgehäuse nicht zu einer Vergrößerung des Bauraumes führt und damit nicht zu Kollisionen im System.
- Die Schirmung ist also erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass in dem Schirmgehäuse die Befestigungsfunktion des Gehäuseflansches integriert ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Schirmgehäuse rezipientenseitig einen Flansch auf. Dieser Befestigungsflansch ist, wie schon ausgeführt, vorteilhaft, um das Schirmgehäuse und nicht mehr das Pumpengehäuse mit dem Rezipienten zu verbinden.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse einen Gehäuseabschnitt aufweist, in dem wenigstens ein Rotor der Vakuumpumpe angeordnet ist und dass der Gehäuseabschnitt vollständig in dem Schirmgehäuse angeordnet ist.
- Diese erfindungsgemäße Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass nicht nur der Befestigungsflansch des Pumpengehäuses von dem Schirmgehäuse umschlossen wird, sondern dass auch der gesamte Bereich des Pumpengehäuses, der den Rotor aufnimmt, von dem Schirmgehäuse umschlossen wird. Das bedeutet wiederum, dass der gesamte Rotor von dem Schirmgehäuse mittelbar umschlossen wird, so dass die beschriebenen Wirbelstromeffekte am Rotor nicht auftreten. Mittelbar bedeutet, dass das Schirmgehäuse das Pumpengehäuse und das Pumpengehäuse den Rotor umschließt.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schirmgehäuse einteilig oder mehrteilig aufgebaut ist. Das Schirmgehäuse kann einteilig aufgebaut werden und die Vakuumpumpe wird mit dem Pumpengehäuse in das Schirmgehäuse eingeschoben. Das Schirmgehäuse kann auch entlang einer oder mehreren Mantellinien geteilt ausgebildet sein, so dass das Schirmgehäuse um das Pumpengehäuse herum angeordnet werden kann, beispielsweise auch im Bereich von Anschlussflanschen.
- Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Schirmgehäuse und dem Pumpengehäuse wenigstens ein O-Ring angeordnet ist.
- Der O-Ring kann eine dichtende Wirkung aufweisen. In erster Linie ist jedoch vorgesehen, dass der wenigstens eine O-Ring der mechanischen Stabilisierung, das heißt der Bedämpfung dient. Der O-Ring wirkt in erster Linie toleranzausgleichend.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine CF-Dichtung zur Abdichtung des Pumpengehäuses und/oder des Schirmgehäuses gegenüber dem Rezipienten vorgesehen ist. Eine CF-Dichtung zeichnet sich dadurch aus, dass beide Flanschpartner aus Edelstahl gebildet sind, dass zwischen den Flanschen eine Kupferring-Dichtung angeordnet ist, dass beide Flansche eine (Edelstahl-)Schneidkante aufweisen, die sich in den Kupferring eindrücken und somit die Dichtung ausbilden.
- Diese Dichtung, die im Hochvakuumbereich angeordnet werden kann, ohne auszugasen, dient der Abdichtung des Anschlussbereiches zwischen dem Pumpengehäuse und dem Rezipienten und/oder zwischen dem Schirmgehäuse und dem Rezipienten, um eine vakuumdichte Verbindung zu gewährleisten.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Flansch des Schirmgehäuses als Standardflansch ausgebildet. Das bedeutet, dass die äußere Abmessung des Befestigungsflansches des Schirmgehäuses beispielsweise einer Standardflanschbefestigung, wie zum Beispiel ISO-F oder ISO-CF entspricht, wobei aufgrund der hohen Wandstärke der Schirmung der Einsatz der Pumpe in sehr hohen Magnetfeldstärken ohne signifikanten Einfluss auf das Temperaturverhalten der Pumpe möglich wird.
- Würde die Schirmung um den Standardflansch eines Pumpengehäuses zusätzlich angeordnet werden, entstünden sehr große und damit verteuerte Ausgangsteile für die Abschirmung.
- Vorteilhaft wird eine Schirmung mit ISO-F-Flanschbefestigung an ein ISO-K-Gehäuse, ähnlich einem ISO-F-Überwurfflansch, adaptiert. Damit ist es möglich, eine Pumpe mit Standard ISO-K-Flansch mit einem erfindungsgemäßen Schirmgehäuse nachzurüsten und anschließend mit einer ISO-F-Flanschverbindung zu montieren.
- Das erfindungsgemäße Schirmgehäuse kann aus einem Rohrmaterial mit geeignetem Innen- und Außendurchmesser mit geringem Aufwand gefertigt werden.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Schirmgehäuse wenigstens teilweise aus einem magnetfeldabschirmenden Material gebildet. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Schirmgehäuse wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material gebildet ist.
- Als Material kann beispielsweise Weicheisen, Nickel oder Kobalt verwendet werden, wobei Eisen das preisgünstigste Material ist und damit bevorzugt verwendet wird.
- Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, das Schirmgehäuse aus preiswertem Baustahl zu fertigen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Gehäuseabschnitt vorgesehen ist, in dem eine Elektronik und/oder ein Motor angeordnet ist/sind, und dass der Gehäuseabschnitt wenigstens teilweise in dem Schirmgehäuse und/oder in einem weiteren Schirmgehäuse angeordnet ist.
- Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass auch der Motor und/oder die Elektronik gegenüber einem außen anliegenden Magnetfeld abgeschirmt werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf den Betrieb der Vakuumpumpe auswirkt.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vakuumpumpe als Turbomolekularpumpe ausgebildet. Diese Pumpen arbeiten mit besonders hohen Drehzahlen. Diese Pumpen werden mit Umdrehungszahlen bis 90.000 Umdrehungen pro Minute betrieben und die erfindungsgemäße Abschirmung hat sich bei diesen Pumpen als besonders vorteilhaft herausgestellt.
- Der Einsatz des erfindungsgemäßen Schirmgehäuses ist auch bei Vakuumpumpen mit zusätzlichen Anzapfungen (Split-Flow-Pumpen) möglich. Das Schirmgehäuse weist für diese Anzapfungen entsprechende Öffnungen auf. Diese Öffnungen sind jedoch bei einer geeigneten Dimensionierung für die abschirmende Wirkung nicht nachteilig.
- Das Schirmgehäuse muss grundsätzlich keine dichtende Funktion besitzen, wodurch die Anforderungen an die Oberflächengüte nur gering sind. Da die Schirmung keinen Kontakt zum Vakuumbereich hat, können Materialien eingesetzt werden, die ansonsten für die Vakuumtechnik ungeeignet wären, die jedoch preiswert sind.
- Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass auch das Schirmgehäuse eine dichtende Funktion aufweist.
- Da die Schirmung mindestens den gesamten Bereich des Rotors umschließt, der mit Rotorscheiben bestückt ist, trägt das Schirmgehäuse zur Gehäusesicherheit bei. Das Pumpengehäuse kann daher dünnwandiger beziehungsweise aus einem kleineren Ausgangsteil gefertigt werden, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis bei der Herstellung der Vakuumpumpen auftritt.
- Auch dadurch, dass der Befestigungsflansch zum Anschluss an den Rezipienten von dem Schirmgehäuse gebildet wird, kann der Flansch des Pumpengehäuses mit einem deutlich kleineren Durchmesser ausgebildet sein, wodurch das Pumpengehäuse aus einem Ausgangsbauteil mit einem deutlich geringeren Durchmesser hergestellt werden kann. Da das Ausgangsbauteil (Rohteil) einen deutlich geringeren Durchmesser aufweist, sind die Kosten für dieses Bauteil gegenüber den zum Stand der Technik gehörenden Bauteilen für die Vakuumpumpen erheblich reduziert.
- Aufgrund der Masse der Abschirmung kann das Schwingungsverhalten der Vakuumpumpe positiv beeinflusst werden. Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen Schirmgehäuse und Pumpengehäuse derart ausgeführt werden, dass sie eine dämpfende Wirkung aufweist.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- eine Vakuumpumpe mit Schirmgehäuse in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß
Fig. 1 ; - Fig. 3
- einen Teilschnitt durch die Pumpe gemäß
Fig. 1 ; - Fig. 4
- ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vakuumpumpe mit Schirmgehäuse in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 5
- einen Längsschnitt der Pumpe gemäß
Fig. 4 ; - Fig. 6
- einen Teilschnitt der Pumpe gemäß
Fig. 4 ; - Fig. 7
- einen Längsschnitt durch einen ISO-KF-Flansch mit Pratzen;
- Fig. 8
- einen Längsschnitt durch einen ISO-KF-Flansch mit ISO-F-Überwurfring;
- Fig. 9
- einen Längsschnitt durch einen ISO-F-Flansch;
- Fig. 10
- einen Längsschnitt durch einen CF-Flansch;
- Fig. 11
- ein geändertes Ausführungsbeispiel.
- Die
Fig. 1 bis 3 zeigen eine Turbomolekularpumpe 1, die ein Pumpengehäuse 2 und ein Schirmgehäuse 3 aufweist. - In einem gesondert angeordneten Gehäuse 4 ist eine Elektronik untergebracht. Der Motor (nicht dargestellt) ist in einem Motorgehäuse 33 angeordnet. Die Vakuumpumpe 1 weist eine Turbomolekularpumpstufe 5 sowie eine Holweckpumpstufe 6 auf. Die Pumpstufen sind nur in
Fig. 3 dargestellt. - Das Schirmgehäuse 3 weist eine axiale Längenausdehnung auf, derart, dass die Holweckpumpstufe 6 und die Turbomolekularpumpstufe 5 einschließlich des Flansches 9 der Vakuumpumpe 1 in axialer Richtung vollständig von dem Schirmgehäuse 3 umschlossen sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei Einsatz der Vakuumpumpe 1 im Bereich hoher Magnetfeldstärken eine Abschirmung des Rotors 7 vorhanden ist, Wirbelstromeffekte am Rotor 7, die zu einer thermischen Überlastung der Vakuumpumpe 1 führen können, vermieden werden.
- Der Rotor 7 besteht aus einer Welle 10, die im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 5 Rotorschaufeln 11 trägt. Die Rotorschaufeln 11 greifen in Statorschaufeln 12, die am Pumpengehäuse 2 befestigt sind. Die Holweckpumpstufen 6 weisen rotierende, an der Welle 10 angeordnete pumpaktive Strukturen 13 und am Stator angeordnete pumpaktive Strukturen 14 auf.
- Das Schirmgehäuse 3 übernimmt mit dem Flansch 8 die Befestigungsfunktion an dem Rezipienten. Das Schirmgehäuse 3 weist hierzu den Flansch 8 auf, der als ISO-Standardflansch ausgebildet ist.
- Im vorliegende Fall ist der Flansch 8 als ISO-F-Flansch ausgebildet.
- Die in den
Fig. 1 bis 3 dargestellte Vakuumpumpe 1 weist einen Befestigungsflansch 9 auf, der als innerhalb des Schirmgehäuses 3 angeordneter Flansch 9 ausgebildet ist. Die Befestigung an dem Rezipienten geschieht durch den ISO-F-Flansch an dem Schirmgehäuse 3. Die Verbindung von dem Schirmgehäuse 3 zum Pumpenflansch erfolgt wie beim ISO-F-Überwurfflansch. Der Außendurchmesser des Schirmgehäuses 3 ist konstant über die komplette axiale Länge. - Zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Schirmgehäuse 3 ist ein O-Ring 30 vorgesehen. Der O-Ring 30 weist keine dichtende Funktion auf, sondern dient in erster Linie als toleranzausgleichend und zur Dämpfung zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Schirmgehäuse 3.
- In den
Fig. 4 bis 6 ist eine Vakuumpumpe 1 dargestellt, die ein Pumpengehäuse 2 und ein Schirmgehäuse 3 aufweist. Das Schirmgehäuse 3 weist einen Flansch 8 auf, in dem Befestigungsschrauben 16 in hierfür vorgesehenen Bohrungen 17 angeordnet werden können. Zur Abdichtung gegenüber einem Rezipienten ist darüber hinaus eine CF-Dichtung 18 vorgesehen. - Die Vakuumpumpe 1 weist darüber hinaus ein nicht geschirmtes Elektronikgehäuse 4 auf.
- Die Vakuumpumpe 1 weist einen Einlass 19 sowie einen Auslass 20 auf. Der Einlass 19 wird mit einem nicht dargestellten Rezipienten verbunden.
- In den
Fig. 4 bis 6 ist der besseren Übersicht halber die Pumpstruktur bestehend aus Rotor und Stator nicht dargestellt. Sie kann jedoch einen gleichen oder ähnlichen Aufbau, wie er in denFig. 1 bis 3 dargestellt ist, aufweisen. - Auch die in den
Fig. 4 bis 6 dargestellte Vakuumpumpe 1 realisiert über den Befestigungsflansch des Schirmgehäuses die Befestigung am Rezipienten. Die Schneidkante der CF-Dichtung 18 ist am Pumpengehäuse 2 angeordnet. - Wie in
Fig. 5 dargestellt, weist das Schirmgehäuse 3 einen Außendurchmesser A auf, während das Pumpengehäuse 2 einen Außendurchmesser B aufweist. Ist, wie im Stand der Technik, der Befestigungsflansch des Pumpengehäuses 2 als Standardflansch ausgebildet, weist das Pumpengehäuse 2 einen Außendurchmesser A auf, um an einen genormten Standardanschluss eines Rezipienten angeschlossen werden zu können. Das bedeutet, dass der Rohling, aus dem das Pumpengehäuse 2 gefertigt wird, einen Durchmesser A aufweisen muss. Das Pumpengehäuse 2 wird zum Beispiel aus dem Rohling gedreht. Der Rohling muss einen Außendurchmesser aufweisen, der dem größten Durchmesser des fertig gestellten Pumpengehäuses 2 entspricht. - Dadurch, dass die Befestigungsfunktion gemäß der Erfindung von dem Schirmgehäuse 3 übernommen wird, weist nunmehr das Schirmgehäuse 3 einen Außendurchmesser A auf, während das Pumpengehäuse einen maximalen Außendurchmesser B aufweist. Hierdurch kann ein Rohling verwendet werden, der einen Außendurchmesser B aufweist. Da das Pumpengehäuse 2 üblicherweise aus Edelstahl gefertigt wird, ist eine Reduzierung des Außendurchmessers des Rohlings in erheblichem Maße kostensparend.
- Da das Schirmgehäuse 3 üblicherweise keine dichtende Funktion aufweist, sind die Anforderungen an die Oberflächengüte nur gering. Gleichzeitig kann relativ preiswertes Material für das Schirmgehäuse 3 verwendet werden, da lediglich die magnetfeldabschirmende Wirkung gegeben sein muss. Diese Wirkung erfüllt beispielsweise einfacher Baustahl, da dieser ferromagnetisch ist.
-
Fig. 7 zeigt einen Rezipienten 21, der mit einem ISO-K-Flansch mit Pratzen an dem Schirmgehäuse 3 befestigt ist. Über Schrauben 23, die in Gewindebohrungen 17 des Schirmgehäuses 3 greifen, wird ein Flansch 24 des Rezipienten 21 mit dem Flansch 8 des Schirmgehäuses 3 lösbar fest verbunden. - Zur Abdichtung ist zwischen dem Flansch 9 des Pumpengehäuses 2 und dem Flansch 24 des Rezipienten eine O-Ring-Dichtung 25 vorgesehen. Vorteilhafterweise wird hierzu ein Zentrierring 31 mit O-Ring 25 verwendet. Zusätzlich ist zwischen Schirmgehäuse 3 und Pumpengehäuse 2 eine O-Ring-Dichtung 34 vorgesehen.
-
Fig. 8 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit mit einem Überwurfring 26 (ISO-F). Der Überwurfring ist an dem Flansch 24 des Rezipienten 21 angeordnet. Schrauben 23 greifen durch den Überwurfring 26 in Bohrungen 17 des Flansches 8 des Schirmgehäuses 3 und verbinden damit das Pumpengehäuse 2 mit dem Rezipienten 21. Zwischen dem Flansch 9 des Pumpengehäuses 2 und dem Flansch 24 des Rezipienten ist eine O-Ring-Dichtung, wie zum Beispiel ein Zentrierring 31 mit O-Ring-Dichtung 25 angeordnet. - Zusätzlich ist zwischen Schirmgehäuse 3 und Pumpengehäuse 2 eine O-Ring-Dichtung 34 vorgesehen.
-
Fig. 9 zeigt einen ISO-F-Flansch 27, der an einem Rezipienten 21 angeordnet ist. Der ISO-F-Flansch 27 ist mit Schrauben 23 an dem Schirmgehäuse 3, die in Bohrungen 17 greifen, befestigt. Die Bohrungen 17 sind in dem Flansch 8 angeordnet. In dem Schirmgehäuse 3 ist das Pumpengehäuse 2 angeordnet. Zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Schirmgehäuse 3 ist eine O-Ring-Dichtung 34 vorgesehen. Zwischen dem ISO-F-Flansch 27 und dem Pumpengehäuse 2 sind ein Zentrierring 31 sowie eine O-Ring-Dichtung 25 angeordnet. -
Fig. 10 zeigt einen CF-Flansch 28, der an dem Rezipienten 21 angeordnet ist. Das Schirmgehäuse 3 weist den Flansch 8 mit Bohrungen 17 auf. In die Gewindebohrungen 17 greifen Schrauben 23, die den CF-Flansch 28 mit dem Schirmgehäuse 3 verbinden. Zwischen dem Flansch 9 des Pumpengehäuses 2 und dem CF-Flansch ist eine CF-Dichtung 18 angeordnet. - Das Schirmgehäuse 3 ist vorteilhaft derart ausgeführt, dass das Schirmgehäuse 3 die Befestigungsfunktion des Gehäuseflansches übernimmt. Die äußeren Abmessungen können im Flanschbereich denen einer Standardflanschbefestigung wie zum Beispiel ISO-F oder ISO-CF entsprechen. Es ist möglich, ein Schirmgehäuse 3 mit ISO-F-Flanschbefestigung an ein ISO-K-Gehäuse, ähnlich einem ISO-F-Überwurfflansch, zu adaptieren. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Standard-ISO-K-Pumpen mit einem erfindungsgemäßen Schirmgehäuse 3 nachzurüsten und mit einer ISO-F-Flanschverbindung zu montieren.
-
Fig. 11 zeigt die Vakuumpumpe 1, wie sie inFig. 2 dargestellt ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Gegenüber derFig. 2 ist ein Elektronikgehäuse 4 zusätzlich in einem Schirmgehäuse 29 angeordnet, um eine zusätzliche Abschirmung der Elektronik zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, auch ein Motorgehäuse 33 innerhalb eines Schirmgehäuses 32 anzuordnen. -
- 1
- Turbomolekularpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Schirmgehäuse
- 4
- Motorgehäuse
- 5
- Turbomolekularpumpstufe
- 6
- Holweckpumpstufe
- 7
- Rotor
- 8
- Flansch des Schirmgehäuses 3
- 9
- Flansch des Pumpengehäuses 2
- 10
- Welle
- 11
- Rotorschaufeln
- 12
- Statorschaufeln
- 13
- pumpaktive Strukturen der Holweckpumpstufe
- 14
- pumpaktive Strukturen der Holweckpumpstufe
- 16
- Befestigungsschrauben
- 17
- Bohrungen
- 18
- CF-Dichtung
- 19
- Einlass
- 20
- Auslass
- 21
- Rezipient
- 22
- Pratzen
- 23
- Schrauben
- 24
- Flansch
- 25
- O-Ring-Dichtung
- 26
- Überwurfring
- 27
- ISO-F-Flansch
- 28
- CF-Flansch
- 29
- Schirmgehäuse
- 30
- O-Ring
- 31
- Zentrierring
- 32
- Schirmgehäuse
- 33
- Motorgehäuse
- 34
- O-Ring-Dichtung
- A
- Außendurchmesser
- B
- Außendurchmesser
Claims (13)
- Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse, welches einen Befestigungsflansch zum Anschluss an einen Rezipienten aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Schirmgehäuse (3) vorgesehen ist, welches das Pumpengehäuse (2) wenigstens teilweise und den Befestigungsflansch (9) nahezu vollständig oder vollständig umschließend ausgebildet ist. - Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgehäuse (3) einen Befestigungsflansch (8) zum Anschluss an den Rezipienten (21) aufweist.
- Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgehäuse (3) zum Anschluss an den Rezipienten (21) Sacklochbohrungen und/oder Durchgangsbohrungen (17) aufweist.
- Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (17) gewindefrei oder mit Innengewinde ausgebildet sind.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (2) einen Gehäuseabschnitt aufweist, in dem wenigstens ein Rotor (7) der Vakuumpumpe (1) angeordnet ist, und dass der Gehäuseabschnitt vollständig in dem Schirmgehäuse (3) angeordnet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgehäuse (3) einteilig oder mehrteilig aufgebaut ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schirmgehäuse (3) und dem Pumpengehäuse (2) wenigstens ein O-Ring (30) angeordnet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine CF-Dichtung zur Abdichtung des Pumpengehäuses (2) und/oder des Schirmgehäuses (3) gegenüber dem Rezipienten (21) vorgesehen ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (8) des Schirmgehäuses (3) als Standardflanschbefestigung ausgebildet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgehäuse (3) wenigstens teilweise aus einem magnetfeldabschirmenden Material gebildet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgehäuse (3) wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseabschnitt (4) vorgesehen ist, in dem eine Elektronik und/oder ein Motor angeordnet ist/sind, und dass der Gehäuseabschnitt (4) wenigstens teilweise in dem Schirmgehäuse (3) und/oder in einem weiteren Schirmgehäuse (29) angeordnet ist.
- Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (1) als Turbomolekularpumpe ausgebildet ist.
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