EP3112688B1

EP3112688B1 - Splitflow-vakuumpumpe sowie vakuum-system mit einer splitflow-vakuumpumpe

Info

Publication number: EP3112688B1
Application number: EP15174844.9A
Authority: EP
Inventors: Tobias Stoll; Michael Schweighöfer; Jan Hofmann
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: JP6253719B2; EP3112688B2; EP3112688A1; JP2017020502A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe in der Bauart einer Splitflow-Pumpe.
So genannte Splitflow-Vakuumpumpen werden in der Praxis eingesetzt, um mehrere Kammern, beispielsweise eines Massenspektrometersystems gleichzeitig zu evakuieren. Durch die Splitflow-Vakuumpumpen ist es möglich, auf ein Pumpensystem bestehend aus mehreren Einzelpumpen zu verzichten und die Evakuierung von mehreren Kammern mit einer einzigen Pumpe durchzuführen.
Splitflow-Vakuumpumpen weisen den Vorteil auf, dass sie lediglich einen geringen Platzbedarf für das Vakuumsystem aufweisen. Die Splitflow-Vakuumpumpen werden nicht nur in Analysegeräten, sondern zum Beispiel auch in Lecksuchern eingesetzt, deren Analyseprinzip ebenfalls auf der Massenspektrometrie beruht.
Aus dem Stand der Technik ( DE 43 31 589 A1 ) ist eine Turbomolekularpumpe bekannt, welche mehrere Sauganschlüsse aufweist, die jeweils mit einer der Vakuumkammern einer Vorrichtung, beispielsweise eines Massenspektrometers verbunden wird. Die Sauganschlüsse führen Gas an verschiedene axial beabstandete Stellen des Rotors. Entlang der Rotorachse sind mehrere so genannte Rotor-Stator-Pakete angeordnet, die jeweils Gas komprimieren. Ein hochvakuumseitiges Statorpaket erzeugt ein Druckverhältnis zwischen seinem Einlass und seinem Auslass. Der Einlass ist mit einer ersten Vakuumkammer verbunden. Der Auslass ist mit dem Einlass des nächsten Rotor-Stator-Paketes verbunden. Zusätzlich ist dieser Bereich zwischen zwei Rotor-Stator-Paketen mit einer zweiten Vakuumkammer verbunden. Aufgrund des von dem ersten Rotor-Stator-Paket erzeugten Druckverhältnisses und des schlechten Leitwertes zwischen den Vakuumkammern ist der Druck in den beiden Vakuumkammern unterschiedlich. Durch eine entsprechende Anzahl von Rotor-Stator-Paketen können mehrere Vakuumkammern auf verschiedene Drücke evakuiert werden, wobei jedem Sauganschluss ein Rotor-Stator-Paket zugeordnet wird. Es zeigt sich, dass im Vergleich zum Durchmesser sehr lange Rotoren schwer zu handhaben sind, da die Rotoren mit Drehzahlen im Bereich von einigen 10.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden.
Eine weitere Variante, um eine Anordnung mit mehreren Vakuumpumpen zu evakuieren, besteht darin, jede Vakuumpumpe mit einem eigenen Flansch zu versehen. An diesen wird dann eine für den Druckbereich geeignete Vakuumpumpe angeschlossen. Dieser Weg ist aufgrund der hohen Kosten für die Vielzahl der Vakuumpumpen unbeliebt. Zudem besteht der Bedarf nach kompakten Geräten. Diese lassen sich mit einer Vielzahl von Vakuumpumpen jedoch nicht realisieren.
In einer Vielzahl von Anwendungen sind mehrere Vakuumkammern in Reihe angeordnet und durch Bohrungen mit geringem Leitwert miteinander verbunden. Von einem zum anderen Ende der Reihe nimmt der innerhalb der Vakuumkammer herrschende Gasdruck ab. Die Bohrungen sind derart gestaltet, dass ein Teilchenstrahl durch sie und damit durch die Reihe der Vakuumkammern hindurch treten kann. Die Vakuumkammer mit dem niedrigsten Druck enthält oft ein Analysegerät, beispielsweise ein Massenspektrometer.
Aus der Praxis sind Splitflow-Vakuumpumpen bekannt, die drei oder vier radiale Einlässe aufweisen und die wenigstens vier Pumpstufen aufweisen. Pumpstufen sind in der Regel Turbomolekularpumpstufen. Diese werden häufig mit weiteren Pumpstufen, beispielsweise Holweckpumpstufen oder Gaedepumpstufen kombiniert.
In den Anwendungen ist es erforderlich, immer mehr Anzapfungen bei den Splitflow-Vakuumpumpen mit großem Saugvermögen vorzusehen. Das bedeutet, dass die Rotorscheibenpaketanzahl erhöht werden muss, was wiederum zu fertigungstechnischen Schwierigkeiten führt, wenn zum Beispiel die Rotorscheiben nur von einer Seite auf den Rotor gestapelt werden.
Durch eine Variantenbildung bezüglich des Innendurchmessers der Rotorscheiben (Wellenfügedurchmesser) können mehrere Scheibenpakete mit mehreren axialen Anschlägen auf der Welle realisiert werden. Das bedeutet jedoch, dass im Zusammenbau der Pumpen viele verschiedene Scheiben vorhanden sein müssen. Diese Vielzahl verschiedener Scheiben sind auch in der Fertigung aufwendig.
Zum Stand der Technik ( DE 10 2009 035 332 A1 und EP 2 789 889 A1 ) gehören Vakuumpumpen, die mehrere Turbomolukularpumpstufen aufweisen. Zwischen den Turbomolekularpumpstufen sind Einlässe vorgesehen, um verschiedene Kammern eines Kammersystems zu evakuieren. Bei diesen zum Stand der Technik gehörenden Vakuumpumpen sind die Einlässe zwischen oder vor den einzelnen Pumpstufen angeordnet. Diese zum Stand der Technik gehörenden Vakuumpumpen können hinsichtlich ihrer Pumpleistung und ihrer Einsatzmöglichkeiten weiter verbessert werden.
Weiterhin gehören zum Stand der Technik ( EP 2 378 129 A2 und EP 1 807 627 B1 ) Vakuumpumpen, bei denen ebenfalls Einlässe vor und zwischen Pumpstufen, die als Hohlweckpumpstufen oder Turbomolekularpumpstufen ausgebildet sind, vorgesehen sind. Auch diese Pumpen können hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten weiter verbessert werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Splitflow-Vakuumpumpe anzugeben, bei der die Anzahl der Einlässe erhöht wird, ohne die Anzahl der vorgesehenen Pumpstufen zu erhöhen.
Dieses technische Problem wird durch eine Splitflow-Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Splitflow-Vakuumpumpe mit wenigstens drei radialen Einlässen und mit wenigstens vier Pumpstufen, wobei wenigstens zwei Pumpstufen als Turbomolekularpumpstufen ausgebildet sind, zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens drei Einlässe als Haupteinlässe ausgebildet sind, die in axialer Richtung zwischen den Turbomolekularpumpstufen angeordnet sind, wobei zusätzlich wenigstens ein radialer Nebeneinlass vorgesehen ist, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist und dass der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei Statorscheiben oder zwischen zwei Rotorscheiben oder zwischen einer Statorscheibe und einer Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vakuumpumpe ist es möglich, zusätzlich zu den Haupteinlässen wenigstens einen Nebeneinlass vorzusehen. Die Haupteinlässe sind zwischen den Pumpstufen angeordnet, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Neu an der Erfindung ist es, wenigstens einen weiteren Einlass vorzusehen, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Das bedeutet, dass eine so genannte Anzapfung, das heißt der Einlass nicht zwischen den Turbomolekularpumpstufen angeordnet ist, sondern dass die Anzapfung radial in ein Scheibenpaket der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt.
Hierdurch erreicht man deutlich mehr Anzapfungen, das heißt Einlässe mit einer einzigen Pumpe auf einer bestimmten axialen Baulänge. Durch die Erfindung ist es möglich, auf einer kurzen axialen Länge möglichst viele Kammern eines Mehrkammersystems zu evakuieren.
Der Rotor kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der wenigstens eine Nebeneinlass eine Mittelachse auf und die Mittelachse ist zwischen einer ersten und einer letzten Scheibe der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe angeordnet.
Das bedeutet, dass der Nebeneinlass zwischen die Scheiben des Scheibenpaketes der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe führt. Hierdurch werden zusätzlich zu den zum Stand der Technik gehörenden Einlässen, die zwischen den Pumpstufen angeordnet sind, zusätzliche Einlässe geschaffen, so dass eine größere Anzahl von Vakuumkammern evakuiert werden kann.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei Statorscheiben oder zwischen zwei Rotorscheiben oder zwischen einer Statorscheibe und einer Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Nebeneinlass zwischen den Scheiben eines Statorpaketes angeordnet ist, während ein Haupteinlass zwischen den Statorpaketen angeordnet ist.
Sind mehrere Nebeneinlässe vorgesehen, können diese auch radial versetzt zueinander auf gleicher axialer Höhe des Rotors angeordnet sein. Die Nebeneinlässe sind in diesem Fall in einem Scheibenpaket zwischen zwei Rotorscheiben angeordnet und radial am Umfang verteilt. Sie können jedoch auch auf einer Ebene liegen.
Gemäß der Erfindung ist der wenigstens eine Nebeneinlass zwischen zwei benachbarten Statorscheiben oder zwischen benachbarten Rotorscheiben oder zwischen einer Statorscheibe und einer benachbarten Rotorscheibe wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet. Das bedeutet, dass die Nebeneinlässe bezüglich ihres Durchmessers relativ klein gewählt werden und zwischen den Scheiben angeordnet sind.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Saugvermögen des wenigstens einen Nebeneinlasses geringer ist als das Saugvermögen eines Haupteinlasses.
Die Nebeneinlässe dienen dazu, die Anzahl der Anzapfungen eines zu evakuierenden Mehrkammersystems zu erhöhen.
Zwischen den einzelnen Pumpstufen, das heißt zwischen den einzelnen Scheibenpaketen oder anderen Pumpstufen, beispielsweise Gaede- oder Holweckpumpstufen, ist relativ viel Platz, so dass die Haupteinlässe einen relativ großen Querschnitt aufweisen können. Die Nebeneinlässe führen zwischen Scheiben der Turbomolekularpumpstufen und weisen aus diesem Grunde lediglich einen relativ geringen Querschnitt auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei n Scheiben n - 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind.
Das bedeutet, dass die Anzahl der Nebeneinlässe geringer ist als die Anzahl der Scheiben. Wird ein Scheibenpaket der Turbomolekularpumpstufe aus zwei Scheiben gebildet, kann zwischen diesen beiden Scheiben ein Nebeneinlass vorgesehen sein.
Es ist jedoch auch möglich, mehrere radiale Nebeneinlässe im Bereich einer Turbomolekularpumpstufe vorzusehen. Gleichermaßen ist es auch möglich, bei mehreren Turbomolekularpumpstufen in jeder dieser Turbomolekularpumpstufen einen oder mehrere Nebeneinlässe vorzusehen. Verschiedene Turbomolekularpumpstufen können mit und ohne Nebeneinlässe ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe wenigstens eine Holweckpumpstufe und/oder eine Siegbahnpumpstufe und/oder eine Gaedepumpstufe und/oder eine Seitenkanalpumpstufe und/oder eine Gewindepumpstufe vorgesehen ist.
Splitflow-Pumpen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Turbomolekularpumpstufen und wenigstens einer weiteren der genannten Pumpstufen.
Durch die Kombination verschiedener Pumpstufen können die Druckverhältnisse in den zu evakuierenden Kammern entsprechend eingestellt werden.
Beispielsweise ist es möglich, zwischen den Pumpstufen, beispielsweise zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen einen Haupteinlass vorzusehen und beispielsweise zusätzlich eine Holweckpumpstufe anzuordnen. Gemäß der Erfindung wird zusätzlich im Bereich der wenigstens zwei Turbomolekularpumpstufen wenigstens ein weiterer Nebeneinlass angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus einer oder mehreren Rotorscheiben und/oder aus einer oder mehreren Statorscheiben gebildet ist.
Eine Pumpstufe besteht üblicherweise aus wenigstens einer Statorscheibe und wenigstens einer Rotorscheibe. Häufig sind mehrere Statorscheiben und mehrere Rotorscheiben, die abwechselnd ineinander greifen, vorgesehen. Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei n Scheiben n - 1 Nebeneinlässe vorgesehen sind. Sind beispielsweise eine Statorscheibe und eine Rotorscheibe vorgesehen, die eine Turbomolekularpumpstufe bilden, ist der Einlass zwischen diesen Scheiben angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Statorscheibe und eine benachbarte Rotorscheibe einer Turbomolekularpumpstufe eine axiale Länge L festlegen, und dass ein Abstand zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen mindestens so groß ist wie diese Länge L.
Hierdurch ist festgelegt, dass mindestens eine Statorscheibe und/oder eine Rotorscheibe mindestens eine Turbomolekularpumpstufe bilden. Ist der Abstand zwischen benachbarten Statorscheiben und/oder benachbarten Rotorscheiben so groß, dass die Länge L überschritten wird, beginnt gemäß der Erfindung eine neue Turbomolekularpumpstufe. Ein Einlass in diesem Bereich zwischen den Turbomolekularpumpstufen wird als Haupteinlass angesehen. Ein Einlass im Bereich der Turbomolekularpumpstufe selbst wird als Nebeneinlass angesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Turbomolekularpumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform bezüglich der Einlässe ist grundsätzlich auch bei einer Turbomolekularpumpe anwendbar.
Vorteilhaft besteht eine Pumpstufe aus wenigstens einer Rotorscheibe und wenigstens einer Statorscheibe. In diesem Fall ist der Nebeneinlass zwischen der Rotorscheibe und der Statorscheibe angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Vakuumsystem mit wenigstens einer Vakuumpumpe und wenigstens einem Rezipienten vorgesehen, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung vorgesehen sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen der Elastomerdichtung und der Spaltdichtung wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung vorgesehen sind/ist.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass an den Dichtstellen auf der Atmosphärenseite eine Elastomerdichtung zum Einsatz kommt. Diese ist vorteilhaft als O-Ring ausgebildet. Zwischen der Elastomerdichtung und dem beispielsweise Ultrahochvakuumanschluss kommt als zweites Dichtelement wenigstens eine Spaltdichtung zum Einsatz. Die Flächen des Rezipienten (Kammer) und eine Fläche des Pumpengehäuses werden aufeinander gedrückt.
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: einen Längsschnitt durch eine Anordnung mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Vakuumpumpe;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Rotors mit Scheibenpaketen mit Haupt- und Nebeneinlässen einer nicht zur Erfindung gehörenden Vakuumpumpe;
Fig. 3: eine Splitflow-Vakuumpumpe im Längsschnitt;
Fig. 4: eine Prinzipskizze eines Rotors mit auf dem Rotor angeordneten Rotorscheiben;
Fig. 5: eine Prinzipskizze eines Rotors einer Splitflow-Vakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 6: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 7: eine Vakuumpumpe in perspektivischer Ansicht mit Vakuumanschluss.
Fig. 8: ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Rotors mit zwei Nebeneinlässen;
Fig. 9: ein geändertes Ausführungsbeispiel einer Pumpe mit zwei Nebeneinlässen;
Fig. 10: ein geändertes Ausführungsbeispiel mit Rotorscheiben mit Bund.

Fig. 1 zeigt eine Vakuumpumpe 1, die als so genannte Splitflow-Vakuumpumpe ausgebildet ist. Die Vakuumpumpe 1 ist an einer Mehrkammervakuumanlage 2 angeschlossen. Die Mehrvakuumanlage 2 weist vier Kammern 3, 4, 5, 6 auf, die von der Vakuumpumpe 1 evakuiert werden sollen. Der Gasdruck in den Kammern 3, 4, 5, 6 ist in dieser Reihenfolge steigend. Die Kammern 3, 4, 5, 6 sind durch Trennwände 7, 8, 9 voneinander getrennt, wobei Bohrungen 9, 10, 11 eine Verbindung herstellen. Diese Bohrungen 9, 10, 11 sind beispielsweise so angeordnet und dimensioniert, dass ein Teilchenstrahl durch sämtliche Kammern 3, 4, 5, 6 hindurch treten kann. Insbesondere trennt die erste Trennwand 7 die erste Kammer 3 und die zweite Kammer 4 voneinander, während die zweite Trennwand 8 die zweite Kammer 4 von der dritten Kammer 5 trennt und die dritte Trennwand 9 die dritte Kammer 5 von der vierten Kammer 6 trennt. Die gestrichelten Pfeile in der Fig. 1 veranschaulichen den Gasfluss.
Die Vakuumpumpe 1 weist eine Welle 13 auf, welche Rotorscheiben 14 bis 19 trägt. Die Rotorscheiben 14 bis 19 stehen in Eingriff mit Statorscheiben 20. Die Rotorscheiben 14, 15, 16 bilden ein erstes Scheibenpaket 21 und die Rotorscheiben 17 bis 19 bilden ein zweites Scheibenpaket 22. Das Scheibenpaket 22 bildet mit den Statoren 20 ein hochvakuumseitiges Rotor-Statorpaket. Das Scheibenpaket 21 bildet mit den Statorscheiben 20 ein zwischenvakuumseitiges Rotor-Statorpaket. Die Schaufeln in beiden Paketen sind dabei, wie im Stand der Technik bekannt, sowohl stator- als auch rotorseitig an Tragringen befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet. Vor dem hochvakuumseitigen Rotor-Statorpaket befindet sich ein erster Gaseinlass 23, vor dem vorvakuumseitigen Rotor-Statorpaket befindet sich ein zweiter Gaseinlass 24.
Von der Mehrkammervakuumanlage führt ein erster Haupteinlass 23 in die Vakuumpumpe 1. Von der zweiten Kammer 4 führt ein zweiter Haupteinlass 24 in die Vakuumpumpe 1. Von der Vakuumkammer 5 führt ein weiterer Haupteinlass 25 in die Vakuumpumpe 1 und von der Vakuumkammer 6 führt ein weiterer Haupteinlass 26 in die Vakuumpumpe 1.
Die Haupteinlässe 23, 24, 25, 26 sind zwischen den Turbomolekularpumpstufen 21, 22 angeordnet.
Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 22 ist ein erster Nebeneinlass 27 angeordnet, der von der Vakuumkammer 5 in die Vakuumpumpe 1 führt. Von der Vakuumkammer 6 führt darüber hinaus ein weiterer Nebeneinlass 28 im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 21 in die Vakuumpumpe 1.
Damit wird die Anzahl der Einlässe durch die Nebeneinlässe 27, 28 erhöht. Die Nebeneinlässe 27, 28 sind im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 21, 22 angeordnet.
Die Rotorwelle 13 weist Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern auf.
Ein erster Bereich 29 ist ein Bereich mit dem größten Durchmesser. Beidseitig der Welle 13 schließen sich zwei Bereiche 30, 31 mit kleineren Durchmessern an. Hieran schließen sich wiederum Bereiche 32, 33 mit noch kleinerem Durchmesser der Welle 13 an. Im Bereich 29 des größten Durchmessers der Welle 13 sind keine Rotorscheiben angeordnet. Im Bereich 30 ist die Rotorscheibe 16 angeordnet, die durch einen Anschlag 34, der durch den stufenförmigen Absatz zwischen dem Bereich 29 und dem Bereich 30 gebildet, lokal eindeutig festgelegt.
Gleiches gilt für die Rotorscheibe 15, die durch einen Anschlag 35 zwischen den Bereichen 30, 32 festgelegt wird.
Ebenso gilt dies für die Rotorscheibe 17, die durch einen Anschlag 36 auf der Welle 13 festgelegt ist und die Rotorscheibe 18, die durch einen Anschlag 37 an der Welle 13 festgelegt ist. Zwischen den Rotorscheiben 14, 15 und den Rotorscheiben 18, 19 ist jeweils eine Abstandshülse 38 angeordnet. Durch die Anschläge 34 bis 37 werden die Rotorscheiben 14 bis 19 auf der Welle 13 exakt platziert, so dass zwischen den Rotorscheiben 14 bis 19 und den Statorscheiben 20 schmale Spalte ausgebildet werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Rotorscheiben 14 bis 19 exakt auf der Welle platziert werden, wodurch sehr geringe Spalte ausgebildet werden können. Hierdurch erhöht sich die Pumpleistung der Vakuumpumpe 1. Durch die Verwendung vieler Gleichteile ist die Pumpe preiswert in der Herstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden auf den beiden Seiten des Bereiches 29 der Welle 13 mit dem größten Durchmesser jeweils zwei Rotorscheibenpakete mit jeweils gleichem Innendurchmesser angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist eine Ausführungsform, bei der im Bereich des größten Durchmessers 29 Nuten 39, 40 angeordnet sind, die die Masse der Welle verringern. Da die Splitflow-Vakuumpumpen eine sehr lange Baulänge aufweisen, ist das modale Verhalten des Rotors und insbesondere der Rotorwelle kritisch. Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung die Masse und damit auch die Gewichtskraft der Welle reduziert bei gleichbleibender Steifigkeit.
Die Vakuumpumpe 1 weist ein Gehäuse 41 auf. Um thermische Übergänge zwischen der Hochvakuumseite und Vorvakuumseite im Gehäuse 41 zu reduzieren, weist das Gehäuse 41 eine Einschnürung 42 auf. Durch diese Einschnürung wird die Wärmeleitfähigkeit reduziert. Es ist möglich, im Bereich der Einschnürung 42 zusätzlich eine nicht dargestellte Armierung vorzusehen. Das Gehäuse kann im Bereich der Einschnürung 42 auch geteilt ausgebildet sein und zwischen beiden Teilen des Gehäuses kann eine thermische Dichtung angeordnet sein.
Die Welle 13 ist mittels eines Magnetlagers 43 auf der einen Seite gelagert. In einer lediglich schematisch dargestellten Halterung 43a sind Gegenlager 43b angeordnet. Auf der anderen Seite ist das Lager nicht dargestellt. Es kann sich bei der Lagerung auf der nicht dargestellten Seite beispielsweise um ein Öl geschmiertes Kugellager handeln.
In Fig. 1 sind lediglich Turbomolekularpumpstufen 21, 22 dargestellt.
Es besteht auch die Möglichkeit, zusätzlich zu den Turbomolekularpumpstufen eine Holweckpumpstufe und/oder eine Siegbahn-Pumpstufe und/oder eine Gaedepumpstufe und/oder eine Seitenkanal-Pumpstufe und/oder eine GewindePumpstufe vorzusehen.
Die Rotorscheibe 15 und die Statorscheibe 20 weisen in axialer Richtung gesehen eine axiale Länge L auf. Der Abstand zwischen den Turbomolekularpumpstufen 21, 22 ist größer als die Länge L.
Fig. 2 zeigt die Welle 13 mit Rotorscheibenpaketen 44, 45, 46, die mit nicht dargestellten Statorscheiben-Paketen Turbomolekularpumpstufen 44, 45, 46 bilden. Der Gasstrom ist durch einen Pfeil 47 dargestellt.
Pfeile 48 stellen den Gasstrom dar, der von zwei Haupteinlässen 24, 25 den Turbomolekularpumpstufen 45, 46 zugeführt wird. Die Pfeile 49 kennzeichnen den Gasstrom, der von zwei Nebeneinlässen 27, 28 im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 44, 45 dem Pumpsystem zugeführt wird.
Die Nebeneinlässe 27, 28 sind im Bereich der Turbomolekularpumpstufen 44, 45 angeordnet, während die Haupteinlässe 24, 25 ihre Zuführung zwischen den Turbomolekularpumpstufen 44, 45 und 46 haben.
Fig. 3 zeigt Vakuumpumpe 1 mit der noch einmal verdeutlich wird, die Turbomolekularpumpstufen 44, 45, 46, 49 aufweist. Die Turbomolekularpumpstufen 44, 45, 46, 49 bestehen aus Rotorscheiben und Statorscheiben, die ineinandergreifend angeordnet sind. Darüber hinaus sind Haupteinlässe 23, 24, 25, 26 vorgesehen, die vor der Pumpstufe 44 oder zwischen den Pumpstufen 44, 45, 46, 49 angeordnet sind.
Die Welle 13 ist mittels eines Magnetlagers 43 und eines Kugellagers 50 gelagert. Bei dem Kugellager 50 handelt es sich um ein Öl geschmiertes Kugellager. Die Welle 13 wird von einem Motor 51 angetrieben.
Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 44 ist ein Nebeneinlass 27 vorgesehen. Im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 45 ist ein Nebeneinlass 28 vorgesehen und im Bereich der Turbomolekularpumpstufe 46 ist ein Nebeneinlass 52 vorgesehen.
Durch diese Ausführungsform wird die Anzahl der Einlässe von den vier Haupteinlässen 23, 24, 25, 26 auf insgesamt sieben Einlässe, nämlich zuzüglich der drei Nebeneinlässe 27, 28, 52 erhöht.
Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch die Welle 13. Die Welle 13 weist die in Fig. 1 dargestellten Bereiche 29 mit dem größten Durchmesser, die daran sich anschließenden Bereiche 30, 31 mit geringerem Durchmesser und die sich wiederum daran anschließenden Bereiche 32, 33 mit nochmals vermindertem Durchmesser auf. In den Bereichen 30, 31 sind die Rotorscheiben 16, 17 angeordnet. In den Bereichen 32, 33 sind die Rotorscheiben 15, 18, 19 angeordnet. Die Rotorscheiben 15, 18, 19 weisen denselben Innendurchmesser auf. Auch die Rotorscheiben 16, 17 weisen denselben Innendurchmesser auf. Hierdurch ist es möglich, durch eine große Anzahl von Gleichteilen eine preiswerte Pumpe aufzubauen.
Der Durchmesserunterschied zwischen den Bereichen 29, 30 bildet den Anschlag 34. Zwischen den Bereichen 29, 31 ist der Anschlag 36 vorgesehen. Zwischen den Bereichen 30, 32 ist der Anschlag 35 angeordnet und zwischen den Bereichen 31, 33 ist der Anschlag 37 vorgesehen.
Die Montagerichtung der Scheiben 15, 16 ist durch den Pfeil A gekennzeichnet. Die Montagerichtung der Rotorscheiben 17, 18, 19 ist durch den Pfeil B gekennzeichnet. Mit M ist eine Mittelachse der Welle 13 gekennzeichnet. Die Welle 13 und die Rotorscheiben 15, 16, 17, 18, 19 sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse M aufgebaut.
Fig. 5 zeigt eine Welle 13 mit zwei Turbomolekularpumpstufen 21, 22, die in einem Gehäuse 41 einer Splitflow-Pumpe angeordnet sind. Das Gehäuse 41 weist einen Einlass 24 auf.
Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform zeigt, dass ein Kundengehäuse 60 einen Einlass 61 aufweist, der in radialer Richtung versetzt zu dem Einlass 24 ausgebildet ist. Die axiale Länge der Pumpe und der Kundenkammer 60 passen nicht zusammen.
Gemäß Fig. 6 ist eine Lösung dargestellt, wie trotzdem ein möglichst hoher Leitwert erzielt werden kann. Das Gehäuse 41 weist hierzu im Bereich des Einlasses 24 einen Steg 62 auf. Durch die Ausbildung des Steges, an dem die Statorscheiben (nicht dargestellt) befestigt werden können, erhält man im Bereich des Einlasses 24 einen größeren Querschnitt und damit einen höheren Leitwert.
Fig. 7 zeigt eine Vakuumpumpe 1 mit Vakuumanschlüssen 72, 73, 75. Der Vakuumanschluss 72 weist eine Elastomerdichtung 76 sowie eine Spaltdichtung 77 auf. Zwischen der Elastomerdichtung 76 und der Spaltdichtung 77 ist ein Absaugkanal 78 angeordnet, in dem Zwischenabsaugungen 79 angeordnet sind. In dem Vakuumanschluss 75 ist eine Absaugöffnung 80 angeordnet. Die Zwischenabsaugungen 79 führen in eine Durchführungsbohrung 81, die zur Zwischenstufe 73 geführt ist. Für eine Dichtungsanordnung des Vakuumanschlusses 75 ist ein Verbindungskanal 82 vorgesehen, so dass der Vakuumanschluss 75 über die Absaugöffnung 80 ebenfalls über die Durchführungsbohrung 82 evakuiert wird.
Fig. 8 zeigt einen Rotor 126, der lediglich schematisch dargestellt ist mit Rotorscheiben 14, 15, 16, 17. Zwischen den Rotorscheiben 16, 17 sind zwei Nebeneinlässe 27, 28 angeordnet. Die Nebeneinlässe 27, 28 sind radial voneinander beabstandet und führen beide zwischen die Rotorscheiben 16, 17.
Fig. 9 zeigt ein Gehäuse 60 einer Vakuumpumpe mit den Vakuumanschlüssen 72, 73. Es sind zwei Nebeneinlässe 27, 28 vorgesehen, welche in einer Ebene angeordnet sind.
Fig. 10 zeigt die Rotorwelle 126, auf der Rotorscheiben 14, 15 angeordnet sind. Zwischen den Rotorscheiben 14, 15 ist schematisch eine Statorscheibe 20 angeordnet. Die Rotorscheiben 14, 15 weisen jeweils einen Bund 127 auf. Der Bund 127 ersetzt die Abstandshülse 38, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Bezugszahlen

1: Vakuumpumpe
2: Mehrkammervakuumpumpanlage
3: Kammer
4: Kammer
5: Kammer
6: Kammer
7: Trennwände
8: Trennwände
9: Trennwände
10: Bohrungen
11: Bohrungen
12: Bohrungen
13: Welle
14: Rotorscheiben
15: Rotorscheiben
16: Rotorscheiben
17: Rotorscheiben
18: Rotorscheiben
19: Rotorscheiben
20: Statorscheiben
21: Turbomolekularpumpstufe mit Scheibenpaket
22: Turbomolekularpumpstufe mit Scheibenpaket
23: Haupteinlass
24: Haupteinlass
25: Haupteinlass
26: Haupteinlass
27: Nebeneinlass
28: Nebeneinlass
29: Bereich der Welle 13 mit größtem Durchmesser
30: Bereich der Welle 13 mit geringerem Durchmesser
31: Bereich der Welle 13 mit geringerem Durchmesser
32: Bereich der Welle 13 mit kleinstem Durchmesser
33: Bereich der Welle 13 mit kleinstem Durchmesser
34: Anschlag
35: Anschlag
36: Anschlag
37: Anschlag
38: Hülse
39: Nut
40: Nut
41: Gehäuse
42: Einschnürung
43: Magnetlager
43a: Halterung
43b: Gegenlager
44: Turbomolekularpumpstufe mit Rotorscheibenpaketen
45: Turbomolekularpumpstufe mit Rotorscheibenpaketen
46: Turbomolekularpumpstufe mit Rotorscheibenpaketen
47: Pfeil Gasstrom
48: Pfeil Gasstrom
49: Turbomolekularpumpstufe
50: Kugellager
51: Motor
52: Nebeneinlass
53: Nut
54: Nut
55: Bohrungen
56: Schnittpunkt
57: Nut
58: Nut
59: Hülse
60: Gehäuse
61: Einlass
62: Steg
72: Vakuumanschlüsse
73: Vakuumanschlüsse
75: Vakuumanschlüsse
76: Elastomerdichtung
77: Spaltdichtung
78: Absaugkanal
79: Zwischenabsaugungen
80: Absaugöffnung
81: Durchführungsbohrung
82: Verbindung
126: Rotor
127: Bund
A: Pfeil
B: Pfeil
L: axiale Länge
M: Mittelachse

Claims

Splitflow-Vakuumpumpe (1) mit wenigstens drei radialen Einlässen (24, 25, 26) und mit wenigstens vier Pumpstufen (21, 22, 44, 45, 46), wobei wenigstens zwei Pumpstufen als Turbomolekularpumpstufen (44, 45, 46) ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die wenigstens drei Einlässe (24, 25, 26) als Haupteinlässe ausgebildet sind, die in axialer Richtung zwischen den Turbomolekularpumpstufen (44, 45, 46) angeordnet sind,

- wobei zusätzlich wenigstens ein radialer Nebeneinlass (27, 28, 52) vorgesehen ist, der im Bereich wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe (44, 45, 46) angeordnet ist

- und dass der wenigstens eine Nebeneinlass (27, 28, 52) zwischen zwei Statorscheiben (20) oder

- zwischen zwei Rotorscheiben (14 bis 19) oder

- zwischen einer Statorscheibe (20) und einer Rotorscheibe (14 bis 19) wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe (1) angeordnet ist.
Splitflow-Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Nebeneinlass (27, 28, 52) eine Mittelachse aufweist und dass die Mittelachse zwischen einer ersten und einer letzten Scheibe (14 bis 19; 20) der wenigstens einen Turbomolekularpumpstufe (21, 22, 44, 45, 46) angeordnet ist.
Splitflow-Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Nebeneinlässe (124, 125) radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Splitflow-Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Nebeneinlass (52) zwischen zwei benachbarten Statorscheiben (20) und/oder zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben (14 bis 19) und/oder zwischen einer Statorscheibe (20) und einer benachbarten Rotorscheibe (14 bis 19) wenigstens einer Turbomolekularpumpstufe (1) angeordnet ist.
Splitflow-Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Saugvermögen des wenigstens einen Nebeneinlasses (27, 28, 52) geringer ist als das Saugvermögen eines Haupteinlasses (23, 24, 25, 26) .
Splitflow-Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei n Scheiben (14 bis 19, 20) n-1 Nebeneinlässe (27, 28, 52) vorgesehen sind.
Splitflow-Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Statorscheibe (20) und eine benachbarte Rotorscheibe (14 bis 19) einer Turbomolekularpumpstufe (21, 22, 44, 45, 46) eine axiale Länge (L) festlegt, und dass ein Abstand zwischen zwei Turbomolekularpumpstufen (21, 22, 44, 45, 46) mindestens so groß ist wie die Länge (L).
Vakuumsystem mit wenigstens einer Splitflow-Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem Rezipienten, bei dem zwischen der Vakuumpumpe und dem Rezipienten eine lösbare Verbindung vorgesehen ist, wobei zur Abdichtung der Verbindung zur Atmosphärenseite hin wenigstens eine Elastomerdichtung (76) und in Richtung Vakuumseite wenigstens eine Spaltdichtung (77) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elastomerdichtung (76) und der Spaltdichtung (77) wenigstens ein Absaugkanal und/oder wenigstens eine Absaugöffnung (80) vorgesehen sind/ist.