EP3557071A1 - Vakuumpumpe und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

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EP3557071A1
EP3557071A1 EP18167557.0A EP18167557A EP3557071A1 EP 3557071 A1 EP3557071 A1 EP 3557071A1 EP 18167557 A EP18167557 A EP 18167557A EP 3557071 A1 EP3557071 A1 EP 3557071A1
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EP
European Patent Office
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pump
sensor
vacuum pump
vacuum
heating device
Prior art date
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Granted
Application number
EP18167557.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3557071B1 (de
Inventor
Gernot Bernhardt
Jochen BÖTTCHER
Christian Koch
Tobias Stoll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2019041548A priority patent/JP2019183831A/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0284—Conjoint control of two or more different functions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, and a method for operating a vacuum pump.
  • Separate heating devices are usually provided for exceeding certain temperature thresholds or for maintaining relatively high pump temperatures. On the one hand, this increases the number of necessary components, which is associated with high expenditure on equipment and thus causes high costs. Furthermore, a separately provided heating device allows only a relatively inaccurate temperature control of the pump areas or pump components in question.
  • the object of the present invention to provide a vacuum pump, which allows the maintenance of a particular desired temperature with a higher accuracy and at the same time can be produced with reduced effort.
  • the object was to provide a method for operating a vacuum pump.
  • a vacuum pump according to the invention can be configured and / or arranged in particular as a backing pump.
  • a vacuum pump according to the invention may be a turbomolecular pump.
  • a vacuum pump according to the invention has at least one pump component, a heating device for heating the pump component and a sensor for detecting a measured variable for pump operation.
  • the sensor is arranged independently of the heating device and the heating device is configured for operation as a function of the measured variable detected by the sensor.
  • the sensor can thus be a component which is provided independently of the heating device in the vacuum pump, in particular detects measured variables which are also utilized elsewhere.
  • the sensor can detect a measured variable and make it available to other devices than the heating device provided according to the invention, in particular for functionalities of the vacuum pump which are not directly related to the heating functionality of the heating device.
  • the heating of the pump component can take place with increased accuracy, since the operation takes place as a function of measured data of an independently arranged sensor.
  • the respectively to be determined measured variable can be detected closer or directly at the desired location of the vacuum pump or the respective pump component.
  • the heating effect of the heater at the respective critical part of the vacuum pump can thus be detected without delay or with only a slight delay.
  • the heating power of the heater can be precisely adjusted. The operational precision of the heater can thereby be improved overall.
  • the sensor for detecting a measured variable for the control and / or regulation of the pump operation, in particular a pump drive is formed.
  • the measured variable detected by the sensor triggers an increase, maintenance or reduction of the pump drive power.
  • the respective measured variable can trigger an emergency measure such as an emergency stop.
  • the sensor can also be designed to detect a parameter for influencing the pump operation via a pump control and / or pump control device. Accordingly, the respectively measured variable can be made available to a pump control and / or pump control device and these can adapt the current pump operation as a function of the respective measured value or the development of the measured value.
  • the senor is designed to detect a measured variable which is reproduced only for informational purposes, so that, for example, an operator can read the current measured values of the measured variable from a display device. Depending on the measured value, an operator can thus be induced to change or maintain the pump operation.
  • the senor is arranged at a distance from the heating device, in particular in a pump interior.
  • the constructive freedom of design is thereby increased, since the position of the heater can be selected in particular independently of the position of the sensor.
  • the sensor can be arranged in particular for detecting a measured variable at a critical point of the vacuum pump, so that a maximum of precision can be achieved when detecting the respective measured variable.
  • the sensor can be set up to detect a measured variable on or in the pump component.
  • the pump component in question may, for example, be the pump housing, a section of the pump housing or even a component arranged inside the pump housing.
  • the choice of the position of the heater in terms of a simple overall design, a simple mountability and / or be selected in terms of easy replacement of the heater.
  • the choice of the position of the heater can be selected with regard to a favorable transition of a heating power to each pump component to be heated.
  • the senor is a temperature sensor.
  • the measured variable to be detected can thus be a temperature act, in particular a component temperature or a temperature of the medium to be delivered in each case.
  • the sensor can be set up to detect a pump operating temperature and / or to detect the temperature of the pump component, in particular to detect a predefined maximum temperature of the pump component. On the one hand, this can ensure a high degree of operational safety. Furthermore, this creates the possibility to align the pump operation with respect to a specific temperature of the pump component. For example, in order to maintain a respective predefined temperature of the pump component, the pump drive can be correspondingly activated and / or the heating device can be operated accordingly.
  • the heating device is designed without a temperature sensor.
  • a heating device which is designed completely without a temperature sensor, whereby the number of components of the vacuum pump can be reduced in a particularly advantageous manner. In this way, in particular, the production costs for a vacuum pump according to the invention can be reduced.
  • the heating device may be designed for connection to an external and / or separately arranged temperature sensor.
  • a connection can for example be provided directly wired or wirelessly or else indirectly via a separate control and / or regulating device. In this way, a heater despite design without temperature sensor during operation can be precisely adjusted, whereby the reliability of a vacuum pump according to the invention can be further improved.
  • the heating device can be mounted externally or arranged in a pump interior.
  • An external arrangement the heater for example on a housing of the vacuum pump allows a handling-friendly installation and also a handling friendly replacement of the heater.
  • the arrangement in a pump interior, the heating power can be transmitted in a particularly effective manner to be heated to the pump component, and thus be introduced directly into the temperature-critical part of the vacuum pump.
  • the heating device can be arranged, for example, on a pump housing and / or arranged to heat the pump housing.
  • the heater may directly heat the pump housing or a portion of the pump housing.
  • at least one further component arranged within the pump housing can be indirectly heated.
  • the heating device is designed for direct heating of a pump component which is arranged within the pump housing or at this.
  • the heating device can be set up to maintain a minimum temperature and / or maximum temperature.
  • a pump temperature or pump component temperature reached in pump operation by the power consumption of the pump drive can be maintained independently of the further power consumption by the pump drive.
  • the heating device is set up for heating up to a minimum temperature and / or maximum temperature.
  • the vacuum pump or the respective pump component can be conditioned prior to operation, so that the respective desired temperature conditions already exist at the beginning of the respective pump operation. The operating characteristics of the vacuum pump can be further improved in this way.
  • the heating device may be configured to be activated when falling below a predefined limit temperature and / or deactivated when the predefined limit temperature is exceeded.
  • the heater can be disabled or activated.
  • the respective desired limit temperature can be maintained in the sequence with relatively great precision.
  • a second aspect of the present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a pump drive and with a heating device for heating at least one pump component, wherein the heating device is configured for operation in dependence on a power absorbed by the pump drive.
  • the operation of the heater in response to a recorded by the pump drive power allows a particularly constant heat input. This is due to the fact that by turbomolecular pumps, a relatively low flow rate is provided and the majority of the electrical power absorbed by the pump drive is generated as heat loss. If the heating device is configured for operation as a function of the power consumed by the pump drive, in this way the heat loss generated by the pump drive can be specifically supplemented by the heating power of the heating element in order to ensure a constant loss or heat output. A predefined or desired operating temperature of the vacuum pump or of the respective pump component or also of a plurality of pump components can be maintained with high reliability in this way.
  • An above-described vacuum pump according to the second aspect of the invention may be advantageously additionally formed according to the first aspect of the invention. Accordingly, the embodiment according to the first aspect of the invention can be combined with the embodiment according to the second aspect of the invention.
  • the heating device for operation as a function of a power consumed by the pump drive and at the same time as a function of a measured variable detected by a sensor arranged independently of the heating device.
  • the decisive factor for the operation of the heating device can therefore be both the power absorbed by the pump drive and the measured variable detected by the sensor.
  • the operational safety and heating accuracy can be further improved in this way.
  • the heating device is configured for operation in dependence on predefined process steps or at least one further sensor.
  • the further sensor may be a sensor provided in addition to a temperature sensor, for example a pressure sensor or a flow rate sensor.
  • the heating device is set up when the power consumption of a pump drive is increased in order to reduce the heating power and / or to maintain a deactivated state. In this way, the heat input to the heat loss of the pump drive can be limited, whereby the risk of overheating can be reduced.
  • the heating device is set up when the power consumption of a pump drive is reduced in order to activate the heating operation and / or to increase the heating power.
  • the heat of loss introduced by the pump drive can be specifically supplemented in this way by the heat output of the heating device, whereby the risk of undesired cooling of the vacuum pump or the respective pump component can be reduced.
  • the heater may be configured to remain deactivated in a pump start-up operation.
  • a relatively high power consumption of a pump drive for example more than 80 watts, in particular 90 to 100 watts, is typically carried out. Since this absorbed power is released to a large extent as heat loss, additional heating by the heater can be omitted.
  • the heater may remain in a deactivated state.
  • the heating device may be configured to remain deactivated in a vacuum-generating operation.
  • a vacuum-generating operation for example, a vacuum chamber is pumped empty, so that a relatively high gas load is present.
  • a pump drive takes on a relatively high power, for example more than 40 watts, in particular 50 to 60 watts.
  • the corresponding introduced heat loss may be sufficient for heating a pump component or for maintaining a pump component temperature, so that it requires no further heating by the heater.
  • the heating device may be configured to be activated in a vacuum-maintaining operation or to increase the respective heating power.
  • a vacuum-maintaining operation the respective vacuum chamber is already pumped empty and the vacuum pump can be operated at an operating point without gas load.
  • the power absorbed by the pump drive is relatively low, so that a correspondingly low heat loss is produced.
  • activation of the heating device or an increase in the heating power can take place in this operating state.
  • a power consumption by the pump drive of only 20 watts or less, so that a heating power of about 80 watts can be provided.
  • a total available power of about 100 W can be divided into 20 watts for the pump drive and about 80 watts for the heater.
  • a pump drive is provided with a power supply unit and the heating device is set up to draw power from the power supply unit of the pump drive.
  • This allows a more efficient use of existing components, so that Overall, the number of required components can be reduced.
  • valves and / or fans for the power supply can be set up by the power supply unit.
  • the available power of the power supply unit can be divided at least between the pump drive and the heater. In a particularly preferred manner, the available power of the power supply unit can be completely divided, in particular between all consumers which are connected to the power supply unit of the pump drive. In this way, a substantially constant heating is achieved regardless of the power absorbed by the pump drive. This allows a total of simple and compact design with a high level of reliability at the same time.
  • the pump control and / or pump control device can be set up to control all consumers connected to the power supply unit of the pump drive as a function of a pump operating state, in particular an electrical power received by the pump drive, and / or a measured variable detected by the sensor , This ensures a total safe and efficient pump operation.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for operating a vacuum pump, in particular a vacuum pump described above, in which by a sensor, a measured variable for the pump operation is detected, and in which a pump component is heated by a heating device arranged independently of the sensor as a function of the measured variable detected by the sensor.
  • Yet another aspect of the invention relates to a method for operating a vacuum pump, in particular a vacuum pump described above, in which a pump drive receives power from a power supply unit and in which a heating device heats at least one pump component as a function of the power absorbed by the pump drive.
  • the above-mentioned methods for operating a vacuum pump can be combined with each other. Accordingly, there is the possibility that a pump component is heated by a heating device arranged independently of the sensor as a function of the measured variable detected by the sensor and in dependence on the power absorbed by the pump drive.
  • turbomolecular pump 111 comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which in a conventional manner, a non-illustrated recipient can be connected.
  • the gas from the recipient may be drawn from the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, may be connected.
  • the inlet flange 113 forms according to the orientation of the vacuum pump Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121, on which an electronics housing 123 is arranged laterally.
  • Housed in the electronics housing 123 are electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111, eg for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump.
  • a plurality of connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
  • a data interface 129 for example, according to the RS485 standard, and a power supply terminal 131 on the electronics housing 123 are arranged.
  • a flood inlet 133 On the housing 119 of the turbomolecular pump 111, a flood inlet 133, in particular in the form of a flood valve, is provided, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as flushing gas connection is arranged, via which flushing gas for protecting the electric motor 125 from the gas conveyed by the pump into the engine compartment 137, in which the electric motor 125 in the vacuum pump 111 housed, can be brought.
  • two coolant connections 139 are further arranged, wherein one of the coolant connections is provided as an inlet and the other coolant connection as an outlet for coolant, which can be passed for cooling purposes in the vacuum pump.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a base, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the bottom 141.
  • the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and thus be operated to a certain extent suspended.
  • the vacuum pump 111 can be designed so that it can also be put into operation, if it is aligned differently than in Fig. 1 is shown.
  • Embodiments of the vacuum pump can also be implemented in which the lower side 141 can not be turned down but can be turned to the side or directed upwards.
  • a bearing cap 145 is attached to the bottom 141.
  • mounting holes 147 are arranged, via which the pump 111 can be attached, for example, to a support surface.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises a plurality of process gas pumping stages for conveying the process gas pending at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged, which has a about a rotation axis 151 rotatable rotor shaft 153.
  • Turbomolecular pump 111 includes a plurality of turbomolecular pump stages operatively connected in series with a plurality of rotor disks 155 mounted on rotor shaft 153 and stator disks 157 disposed between rotor disks 155 and housed in housing 119.
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular one pump stage.
  • the stator disks 157 are held by spacer rings 159 at a desired axial distance from each other.
  • the vacuum pump further comprises Holweck pumping stages which are arranged one inside the other in the radial direction and which are pumpingly connected to one another in series.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder shell-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 fastened to the rotor hub 161 and oriented coaxially with the rotation axis 151 and nested in the radial direction.
  • two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis 151 and, as seen in the radial direction, are nested one inside the other.
  • the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and / or outer surfaces, the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radially inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 faces the radially outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171, and forms with it the first Holweck pump stage subsequent to the turbomolecular pumps.
  • the radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 forming a radial Holweck gap 173 and forms with this a second Holweck pumping stage.
  • the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and forms with this the third Holweck pumping stage.
  • a radially extending channel may be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel may be provided, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 may be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165.
  • the above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 163, 165 each have a plurality of Holweck grooves running around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Drive vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for rotatably supporting the rotor shaft 153.
  • a conical spray nut 185 with an outer diameter increasing toward the rolling bearing 181 is provided on the rotor shaft 153.
  • the spray nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of a resource storage.
  • the resource storage comprises a plurality of stackable absorbent discs 187 provided with a rolling bearing bearing means 181, e.g. with a lubricant, soaked.
  • the operating means is transferred by capillary action of the resource storage on the scraper on the rotating sprayer nut 185 and due to the centrifugal force along the spray nut 185 in the direction of increasing outer diameter of the injection nut 92 to the roller bearing 181 out promoted, where eg fulfills a lubricating function.
  • the rolling bearing 181 and the resource storage are enclosed by a trough-shaped insert 189 and the bearing cap 145 in the vacuum pump.
  • the permanent magnet bearing 183 includes a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each comprising a ring stack of a plurality of stacked in the axial direction of permanent magnetic rings 195, 197 include.
  • the ring magnets 195, 197 are opposed to each other to form a radial bearing gap 199, wherein the rotor-side ring magnets 195 are disposed radially outward and the stator-side ring magnets 197 radially inward.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause a radial bearing of the rotor shaft 153.
  • the rotor-side ring magnets 195 are supported by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which surrounds the ring magnets 195 radially on the outside.
  • the stator-side ring magnets 197 are supported by a stator-side support portion 203 which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119.
  • Parallel to the axis of rotation 151, the rotor-side ring magnets 195 are fixed by a lid element 207 coupled to the carrier section 203.
  • the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a fastening ring 211 connected to the carrier section 203. Between the fastening ring 211 and the ring magnet 197, a plate spring 213 may also be provided.
  • an emergency or catch bearing 215 which runs empty during normal operation of the vacuum pump 111 without contact and only with an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator engages to a radial stop for the rotor 149 to form, since a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures.
  • the safety bearing 215 is designed as an unlubricated rolling bearing and forms with the rotor 149 and / or the stator a radial gap, which causes the safety bearing 215 is disengaged in the normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the safety bearing 215 engages is dimensioned large enough so that the safety bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures under all circumstances is prevented.
  • the vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotationally driving the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149 whose rotor shaft 153 extends through the motor stator 217.
  • On the extending through the motor stator 217 through portion of the rotor shaft 153 may radially outside or embedded a permanent magnet assembly be arranged.
  • a gap 219 is arranged, which comprises a radial motor gap, via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement for the transmission of the drive torque can influence magnetically.
  • the motor stator 217 is fixed in the housing within the motor space 137 provided for the electric motor 125.
  • a sealing gas which is also referred to as purge gas, and which may be, for example, air or nitrogen, enter the engine compartment 137.
  • the electric motor 125 can be provided with process gas, e.g. against corrosive fractions of the process gas.
  • the engine compartment 137 may also be evacuated via the pump outlet 117, i. In the engine compartment 137, at least approximately, the vacuum pressure caused by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails.
  • delimiting wall 221 Between the rotor hub 161 and a motor space 137 delimiting wall 221 may also be a so-called. And per se known labyrinth seal 223 may be provided, in particular to achieve a better seal of the engine compartment 217 against the Holweck pump stages located radially outside.
  • the turbomolecular pump of Fig. 1 to 5 forms a vacuum pump according to the invention.
  • the Fig. 6 shows details which also in a turbomolecular pump according to the Fig. 1 to 5 may be provided, even if they are not explicitly shown there.
  • FIG. 12 shows a schematic block diagram of a turbomolecular pump 111 according to an embodiment of the present invention.
  • the in the Fig. 6 shown turbomolecular pump 111 has a plurality of pump components 225, a heater 227 for heating at least one of the pump components 225 and a sensor 229 for detecting a measured variable for the pump operation.
  • a plurality of sensors 229 for example, a sensor 229 per pump component 225th
  • the sensor 229 according to the invention is arranged independently of the heater 227.
  • the sensor 229 is not arranged as part of the heater 227 or within the heater 227 but spaced therefrom.
  • the sensor 227 can be arranged, for example, in a pump interior, in particular in or on a pump component 225, and thus configured to detect a measured variable directly in or on the pump component 225.
  • the respective measured variable can be detected in critical regions or adjacent critical regions of the turbomolecular pump 111.
  • the sensor 229 may be designed to detect a measured variable for the control and / or regulation of the pump operation, in particular a pump drive 231.
  • the pump drive 231 may correspond to or have the electric motor 125 described above.
  • the sensor 229 can also be designed to influence the pump operation, in particular the pump drive 231, via a pump control and / or pump control device 233.
  • the sensor 229 may be in communication with the pump control and / or pump control device 233, in particular via a wired or wireless data connection.
  • the sensor 229 may be designed in particular as a temperature sensor. Accordingly, the sensor 229 may be configured to detect a pump operating temperature and / or to detect the temperature of the pump component 225, in particular to detect a predefined maximum temperature of the pump component 225.
  • the heating device 227 is configured for operation as a function of the measured variable detected by the sensor 225, in particular a detected temperature.
  • the heating operation of the heating device 227 accordingly takes place as a function of sensor data, in particular temperature data, which are detected by the sensor 229.
  • the heater 227 may thus be formed without own sensors, whereby the number of components can be reduced.
  • the sensor 229 may be connected directly to the heating device 227, in particular via a data connection.
  • the sensor 229 may be indirectly connected to the heater 227 via the pump control and / or pump control means 233.
  • the latter applies in particular in the case of the control and / or regulation of the heater 227 via the pump control and / or pump control device 233.
  • the data connections can be wired or wireless.
  • the heater 227 may be configured to maintain a minimum temperature and / or maximum temperature and / or to heat up to a minimum temperature and / or maximum temperature. This may be a temperature detected by the sensor 229 on the pump component 225, wherein the respective minimum temperature or maximum temperature may be predefined, in particular with regard to the desired operating properties of the turbomolecular pump 111 and / or with regard to material and wear properties of the respective ones Pump component 225.
  • the minimum temperature with regard to low tendency to condensation and the maximum temperature can be selected in terms of allowable material stress.
  • the heater 227 may further be configured to be activated when falling below a predefined limit temperature and / or deactivated when the predefined limit temperature is exceeded. Further, the heating power of the heater 227 can be adjusted and / or compensated for falling below or exceeding the limit temperature.
  • the predefined limit temperature may be a maximum or minimum temperature.
  • the heater 227 may thus be configured to be fully powered-up in pump mode. Likewise, a control of the heater 227 can be effected by means of pulsed, linearly variable or by means of discrete intermediate values.
  • the turbomolecular pump 111 has a pump drive 231.
  • the heating device 227 may be configured for operation as a function of a power absorbed by the pump drive 231.
  • the heater 227 may be configured to increase the power consumption of the pump drive 231 to maintain a deactivated state and / or to reduce the heating power.
  • the heater 227 may be configured to reduce the power consumption of the pump drive 231 to activate the heating operation and / or increase the heating power. Furthermore, the heater 227 may be configured to remain deactivated in a pump start-up operation and / or in a vacuum-generating operation and / or to be activated in a vacuum-maintaining operation. Activation and / or deactivation and / or variation of the heating power may be performed by the pump control and / or pump control means 233 or by a dedicated unit provided in the heater 227, respectively.
  • the pump drive 231 has a power supply unit 235.
  • the power supply unit 235 can - unlike in Fig. 6 represented - also be arranged outside the pump drive 231 and connected to this.
  • the power source heater 227 is set up by the power supply unit 235 of the pump driver 231. The heater 227 thus does not require its own power supply unit, so that the component number of the turbomolecular pump 111 can be further reduced.
  • Other components and / or devices of the vacuum pump may be configured to draw power from the power supply unit 235 of the pump drive 231, such as the pump control and / or pump control means 233.
  • all consumers of the turbomolecular pump 111 for power supply from the power supply unit 235 of the pump drive 231 be furnished.
  • the available power of the power supply unit 235 may be divided at least between the pump drive 231 and the heater 227. In a particularly advantageous manner, the available power of the power supply unit 235 can be completely divided between the respective connected consumers.
  • available 100 watts from a power supply unit 235 configured as a power supply may be substantially split between the pump drive 231 and the heater 227.
  • the division can be made depending on the operating state. For example, 90 watts may be needed by pump drive 231 in a pump start-up operation.
  • the heater 227 remains deactivated. In a vacuum-generating operation, for example, a vacuum chamber is pumped empty, so that a relatively high gas load is present.
  • the pump drive 231 may require, for example, 50 watts here.
  • the heater 227 continues to be deactivated or activated and operated at a low power of about 50 watts or less.
  • a vacuum chamber In a vacuum-maintaining operation, a vacuum chamber is already pumped empty, so that there is a relatively low or no gas load.
  • the turbomolecular pump 111 is thus operated at an operating point without or with only a small gas load, so that the pump drive 231, for example, requires 20 watts or less.
  • the heater 227 may be operated at 80 watts in this state to prevent over-cooling of the pump component 225.

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Abstract

Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit wenigstens einer Pumpenkomponente, mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Pumpenkomponente und mit einem Sensor zur Erfassung einer Messgröße für den Pumpenbetrieb, wobei der Sensor unabhängig von der Heizeinrichtung angeordnet und die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit der durch den Sensor erfassten Messgröße konfiguriert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe.
  • Im Betrieb von Vakuumpumpen kann es wünschenswert sein, bestimmte Temperaturschwellen zu überschreiten beziehungsweise eine maximal erlaubte Pumpentemperatur aufrechtzuerhalten. Dies gilt beispielsweise im Betrieb von Turbomolekularpumpen für das Erreichen niedriger Enddrücke. Ebenso kann im Betrieb von Vorpumpen durch eine höhere Betriebstemperatur eine höhere Wasserdampfverträglichkeit erreicht werden. Insbesondere kann die Kondensationsneigung hierdurch verringert werden.
  • Für das Überschreiten bestimmter Temperaturschwellen beziehungsweise zur Aufrechterhaltung verhältnismäßig hoher Pumpentemperaturen werden üblicherweise gesonderte Heizeinrichtungen vorgesehen. Zum einen wird hierdurch die Anzahl notwendiger Komponenten erhöht, was mit hohem apparativem Aufwand verbunden ist und somit hohe Kosten verursacht. Des Weiteren erlaubt eine gesondert vorgesehene Heizeinrichtung nur eine verhältnismäßig ungenaue Temperierung der fraglichen Pumpenbereiche beziehungsweise Pumpenkomponenten.
  • Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vakuumpumpe anzugeben, welche die Aufrechterhaltung einer jeweils gewünschten Temperatur mit einer höheren Genauigkeit ermöglicht und gleichzeitig mit verringertem Aufwand herstellbar ist. Ebenso bestand die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe anzugeben.
  • In Bezug auf die Vakuumpumpe ist die voranstehende Aufgabe mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 und in Bezug auf das Verfahren mit den Gegenständen der Ansprüche 14 und 15 gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erörtert.
  • Eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe kann insbesondere als Vorpumpe konfiguriert und/oder angeordnet sein. Es kann sich bei einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe insbesondere um eine Turbomolekularpumpe handeln.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe wenigstens eine Pumpenkomponente, eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Pumpenkomponente sowie einen Sensor zur Erfassung einer Messgröße für den Pumpenbetrieb auf. Erfindungsgemäß ist der Sensor unabhängig von der Heizeinrichtung angeordnet und die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit der durch den Sensor erfassten Messgröße konfiguriert.
  • Bei dem Sensor kann es sich somit um eine Komponente handeln, die unabhängig von der Heizeinrichtung in der Vakuumpumpe vorgesehen ist, insbesondere Messgrößen erfasst, die auch anderweitig verwertet werden. Beispielsweise kann der Sensor eine Messgröße erfassen und anderen Einrichtungen als der erfindungsgemäß vorgesehenen Heizeinrichtung zur Verfügung stellen, insbesondere für Funktionalitäten der Vakuumpumpe, die nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Heizfunktionalität der Heizeinrichtung stehen.
  • Auf diese Weise lässt sich einerseits eine Reduzierung der Komponentenzahl erzielen, wodurch der apparative Aufwand und damit auch der Kostenaufwand für eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe verringert werden kann. Insbesondere kann durch Nutzung eines ohnehin in der Vakuumpumpe vorgesehenen Sensors, der insbesondere auch zu anderen Zwecken in der Vakuumpumpe vorgesehen ist, die Anordnung weiterer Sensoren in redundanter Weise vermieden werden. Der apparative Aufwand lässt sich hiermit effektiv reduzieren.
  • Gleichzeitig kann bei einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe die Beheizung der Pumpenkomponente mit erhöhter Genauigkeit erfolgen, da der Betrieb in Abhängigkeit von Messdaten eines unabhängig angeordneten Sensors erfolgt. Durch den unabhängig von der Heizeinrichtung vorgesehenen Sensor kann die jeweils zu ermittelnde Messgröße näher oder unmittelbar an der gewünschten Stelle der Vakuumpumpe beziehungsweise der jeweiligen Pumpenkomponente erfasst werden. Die Heizwirkung der Heizeinrichtung an dem jeweils kritischen Teil der Vakuumpumpe kann somit verzögerungsfrei oder mit nur geringer Verzögerung erfasst werden. In Abhängigkeit davon lässt sich die Heizleistung der Heizeinrichtung präzise anpassen. Die Betriebspräzision der Heizeinrichtung kann hierdurch insgesamt verbessert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist der Sensor zur Erfassung einer Messgröße für die Steuerung und/oder Regelung des Pumpenbetriebes, insbesondere eines Pumpenantriebes, ausgebildet. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass die durch den Sensor jeweils erfasste Messgröße eine Erhöhung, Beibehaltung oder Verringerung der Pumpenantriebsleistung auslöst. Ebenso kann die jeweils erfasste Messgröße eine Notmaßnahme wie zum Beispiel einen Not-Stopp auslösen.
  • Der Sensor kann ferner zur Erfassung einer Messgröße für die Beeinflussung des Pumpenbetriebs über eine Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung ausgebildet sein. Dementsprechend kann die jeweils erfasste Messgröße einer Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung zur Verfügung gestellt und diese in Abhängigkeit des jeweiligen Messwerts oder der Messwertentwicklung den gegenwärtigen Pumpenbetrieb anpassen.
  • Ebenso besteht die Möglichkeit, dass der Sensor zur Erfassung einer Messgröße ausgebildet ist, die lediglich zu informatorischen Zwecken wiedergegeben wird, so dass beispielsweise eine Bedienperson die aktuellen Messwerte der Messgröße einer Anzeigeeinrichtung entnehmen kann. Je nach Messwert kann somit eine Bedienperson zur Veränderung oder Beibehaltung des Pumpenbetriebs veranlasst werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Sensor beabstandet von der Heizeinrichtung, insbesondere in einem Pumpeninnenraum, angeordnet. Der konstruktive Gestaltungsspielraum wird hierdurch vergrößert, da die Position der Heizeinrichtung insbesondere unabhängig von der Position des Sensors gewählt werden kann. Der Sensor kann insbesondere zur Erfassung einer Messgröße an einer kritischen Stelle der Vakuumpumpe angeordnet werden, so dass bei der Erfassung der jeweiligen Messgröße eine größtmögliche Präzision erzielt werden kann. Insbesondere kann der Sensor zur Erfassung einer Messgröße an oder in der Pumpenkomponente eingerichtet sein. Bei der fraglichen Pumpenkomponente kann es sich beispielsweise um das Pumpengehäuse, um einen Abschnitt des Pumpengehäuses oder auch um eine innerhalb des Pumpengehäuses angeordnete Komponente handeln.
  • Demgegenüber kann die Wahl der Position der Heizeinrichtung im Hinblick auf eine einfache Gesamtkonzeption, eine einfache Montierbarkeit und/oder im Hinblick auf eine einfache Austauschbarkeit der Heizeinrichtung gewählt sein. Ebenso kann die Wahl der Position der Heizeinrichtung im Hinblick auf eine günstige Überleitung einer Heizleistung auf die jeweils zu beheizende Pumpenkomponente gewählt sein.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der Sensor ein Temperatursensor. Bei der zu erfassenden Messgröße kann es sich somit um eine Temperatur handeln, insbesondere um eine Komponententemperatur oder um eine Temperatur des jeweils zu fördernden Mediums. In bevorzugter Weise kann der Sensor zur Erfassung einer Pumpenbetriebstemperatur und/oder zur Erfassung der Temperatur der Pumpenkomponente eingerichtet sein, insbesondere zur Erfassung einer vordefinierten Maximaltemperatur der Pumpenkomponente. Zum einen kann hierdurch ein hohes Maß an Betriebssicherheit gewährleistet werden. Des Weiteren wird hierdurch die Möglichkeit geschaffen, den Pumpenbetrieb im Hinblick auf eine bestimmte Temperatur der Pumpenkomponente auszurichten. Beispielsweise kann zur Einhaltung einer jeweils vordefinierten Temperatur der Pumpenkomponente der Pumpenantrieb entsprechend angesteuert und/oder die Heizeinrichtung entsprechend betrieben werden.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung ohne Temperatursensor ausgebildet. Es kann also eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die vollständig ohne Temperatursensor ausgestaltet ist, wodurch die Komponentenanzahl der Vakuumpumpe in besonders vorteilhafter Weise verringert werden kann. Hierdurch können insbesondere auch die Herstellkosten für eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe verringert werden.
  • Weiter bevorzugt kann die Heizeinrichtung zur Verbindung mit einem externen und/oder separat angeordneten Temperatursensor ausgebildet sein. Eine solche Verbindung kann beispielsweise direkt kabelgebunden oder kabellos oder aber auch mittelbar über eine gesonderte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine Heizeinrichtung trotz Ausgestaltung ohne Temperatursensor im Betrieb präzise ausgeregelt werden, wodurch die Betriebssicherheit einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe weiter verbessert werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Vakuumpumpe kann die Heizeinrichtung extern angebaut oder in einem Pumpeninnenraum angeordnet sein. Eine externe Anordnung der Heizeinrichtung, beispielsweise an einem Gehäuse der Vakuumpumpe ermöglicht eine handhabungsfreundliche Montage und auch einen handhabungsfreundlichen Austausch der Heizeinrichtung. Durch die Anordnung in einem Pumpeninnenraum kann die Heizleistung in besonders effektiver Weise auf die zu beheizende Pumpenkomponente übertragen werden, und somit unmittelbar in den temperaturkritischen Teil der Vakuumpumpe eingebracht werden.
  • Die Heizeinrichtung kann beispielsweise an einem Pumpengehäuse angeordnet und/oder zur Beheizung des Pumpengehäuses angeordnet sein. Insbesondere kann die Heizeinrichtung unmittelbar das Pumpengehäuse oder einen Abschnitt des Pumpengehäuses beheizen. Durch die Beheizung des Pumpengehäuse oder eines Abschnitts des Pumpengehäuses kann mittelbar zumindest eine weitere innerhalb des Pumpengehäuses angeordnete Komponente beheizt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Heizeinrichtung zur unmittelbaren Beheizung einer Pumpenkomponente eingerichtet ist, die innerhalb des Pumpengehäuses oder an diesem angeordnet ist.
  • In weiter bevorzugter Weise kann die Heizeinrichtung zur Aufrechterhaltung einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur eingerichtet sein. Hierdurch kann beispielsweise eine im Pumpenbetrieb durch die Leistungsaufnahme des Pumpenantriebs erreichte Pumpentemperatur beziehungsweise Pumpenkomponententemperatur unabhängig von der weiteren Leistungsaufnahme durch den Pumpenantrieb aufrechterhalten werden. Ebenso ist es möglich, dass die Heizeinrichtung zum Aufheizen bis zu einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur eingerichtet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung kann die Vakuumpumpe beziehungsweise die jeweilige Pumpenkomponente vor dem Betrieb konditioniert werden, so dass bereits zu Beginn des jeweiligen Pumpenbetriebs die jeweils gewünschten Temperaturverhältnisse vorliegen. Die Betriebseigenschaften der Vakuumpumpe lassen sich auf diese Weise weiter verbessern.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Heizeinrichtung dazu eingerichtet sein, bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenztemperatur aktiviert und/oder bei Überschreiten der vordefinierten Grenztemperatur deaktiviert zu werden. Somit kann je nach der durch den Sensor erfassten Grenztemperatur die Heizeinrichtung deaktiviert beziehungsweise aktiviert werden. Die jeweils gewünschte Grenztemperatur kann in der Folge mit verhältnismäßig großer Präzision aufrechterhalten werden.
  • Ebenso ist es möglich, die Heizleistung bei Unterschreiten oder Überschreiten der Grenztemperatur anzupassen und/oder auszuregeln. Durch eine derartige Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann ein vollständiges Abschalten der Heizeinrichtung vermieden und die konstante Beibehaltung der jeweils gewünschten Grenztemperatur sichergestellt werden. Insbesondere können etwaige Temperaturschwankungen um die gewünschte und/oder vordefinierte Grenztemperatur herum auf ein Minimum reduziert werden.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, mit einem Pumpenantrieb und mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen zumindest einer Pumpenkomponente, wobei die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit einer durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung konfiguriert ist.
  • Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die einzubringende Heizleistung an den Betriebszustand des Pumpenantriebs anzupassen. Bei hoher Leistungsaufnahme durch den Pumpenantrieb kann eine nur geringe oder keine Heizleistung erbracht werden und bei nur geringer Leistungsaufnahme durch den Pumpenantrieb kann eine entsprechend hohe Heizleistung erbracht werden. Insgesamt kann hierdurch eine verhältnismäßig konstante Wärmeleistung in die Vakuumpumpe beziehungsweise in die zu beheizende Pumpenkomponente eingebracht werden.
  • Im Falle von Turbomolekularpumpen ermöglicht der Betrieb der Heizeinrichtung in Abhängigkeit einer durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung einen besonders konstanten Wärmeeintrag. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch Turbomolekularpumpen eine verhältnismäßig geringe Förderleistung erbracht wird und der Großteil der durch den Pumpenantrieb aufgenommenen elektrischen Leistung als Verlustwärme anfällt. Sofern nun die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit der durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung konfiguriert ist, kann auf diese Weise die durch den Pumpenantrieb entstehende Verlustwärme gezielt durch Heizleistung des Heizelements ergänzt werden, um insgesamt eine konstante Verlust- beziehungsweise Wärmeleistung sicherzustellen. Eine vordefinierte oder gewünschte Betriebstemperatur der Vakuumpumpe beziehungsweise der jeweiligen Pumpenkomponente oder auch einer Mehrzahl von Pumpenkomponenten kann auf diese Weise mit hoher Sicherheit aufrechterhalten werden.
  • Eine voranstehend beschriebene Vakuumpumpe gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung kann in vorteilhafter Weise zusätzlich gemäß des ersten Aspekts der Erfindung ausgebildet sein. Dementsprechend kann die Ausgestaltung gemäß des ersten Aspekts der Erfindung mit der Ausgestaltung gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung kombiniert werden.
  • Es besteht folglich die Möglichkeit, die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit einer durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung und gleichzeitig in Abhängigkeit einer durch einen unabhängig von der Heizeinrichtung angeordneten Sensor erfassten Messgröße zu konfigurieren. Ausschlaggebend für den Betrieb der Heizeinrichtung kann folglich sowohl die durch den Pumpenantrieb aufgenommene Leistung als auch die durch den Sensor erfasste Messgröße sein. Die Betriebssicherheit und Heizgenauigkeit lässt sich auf diese Weise weiter verbessern.
  • In bevorzugter Weise ist die Heizeinrichtung für den Betrieb in Abhängigkeit vordefinierter Prozessschritte oder zumindest eines weiteren Sensors konfiguriert. Insbesondere kann es sich bei dem weiteren Sensor um einen zusätzlich zu einem Temperatursensor vorgesehenen Sensor handeln, beispielsweise um einen Drucksensor oder um einen Strömungsgeschwindigkeitssensor. Hierdurch kann die Betriebssicherheit der Vakuumpumpe weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Vakuumpumpe ist die Heizeinrichtung bei Erhöhung der Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs zur Verringerung der Heizleistung und/oder zur Beibehaltung eines deaktivierten Zustands eingerichtet. Auf diese Weise kann der Wärmeeintrag auf die Verlustwärme des Pumpenantriebs begrenzt werden, wodurch die Gefahr einer Überhitzung verringert werden kann.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung bei Verringerung der Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs zur Aktivierung des Heizbetriebs und/oder zur Erhöhung der Heizleistung eingerichtet. Die durch den Pumpenantrieb eingebrachte Verlustwärme kann auf diese Weise gezielt durch Wärmeleistung der Heizeinrichtung ergänzt werden, wodurch die Gefahr einer unerwünschten Abkühlung der Vakuumpumpe beziehungsweise der jeweiligen Pumpenkomponente verringert werden kann.
  • Weiter bevorzugt kann die Heizeinrichtung dazu eingerichtet sein, in einem Pumpenhochlaufbetrieb deaktiviert zu bleiben. In einem solchen Pumpenhochlaufbetrieb erfolgt typischerweise eine verhältnismäßig hohe Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs, beispielsweise mehr als 80 Watt, insbesondere 90 bis 100 Watt. Da diese aufgenommene Leistung zu einem Großteil als Verlustwärme abgegeben wird, kann eine zusätzliche Beheizung durch die Heizeinrichtung unterbleiben. Die Heizeinrichtung kann in einem deaktivierten Zustand verbleiben.
  • Ferner kann die Heizeinrichtung dazu eingerichtet sein, in einem Vakuum erzeugenden Betrieb deaktiviert zu bleiben. In einem Vakuum erzeugenden Betrieb wird beispielsweise eine Vakuumkammer leergepumpt, so dass eine verhältnismäßig hohe Gaslast vorliegt. Auch in einem solchen Betriebszustand nimmt ein Pumpenantrieb eine verhältnismäßig hohe Leistung auf, beispielsweise mehr als 40 Watt, insbesondere 50 bis 60 Watt. Die entsprechend eingebrachte Verlustwärme kann zum Beheizen einer Pumpenkomponente beziehungsweise zur Aufrechterhaltung einer Pumpenkomponententemperatur ausreichend sein, so dass es keiner weiteren Beheizung durch die Heizeinrichtung bedarf.
  • Schließlich kann die Heizeinrichtung dazu eingerichtet sein, in einem Vakuum erhaltenden Betrieb aktiviert zu werden beziehungsweise die jeweilige Heizleistung zu erhöhen. In einem solchen Vakuum erhaltenden Betrieb ist die jeweilige Vakuumkammer bereits leergepumpt und die Vakuumpumpe kann auf einem Betriebspunkt ohne Gaslast betrieben werden. In einem solchen Betriebszustand ist die durch den Pumpenantrieb aufgenommene Leistung verhältnismäßig gering, so dass auch eine entsprechend geringe Verlustwärme entsteht. Um eine unerwünschte Abkühlung der Pumpenkomponente der Vakuumpumpe zu vermeiden, kann in diesem Betriebszustand eine Aktivierung der Heizeinrichtung beziehungsweise eine Erhöhung der Heizleistung erfolgen. Beispielsweise kann in einem Vakuum erhaltenden Betrieb eine Leistungsaufnahme durch den Pumpenantrieb von lediglich 20 Watt oder weniger erfolgen, so dass eine Heizleistung von etwa 80 Watt erbracht werden kann. Insbesondere kann eine zur Verfügung stehende Gesamtleistung von etwa 100 W aufgeteilt werden in 20 Watt für den Pumpenantrieb und etwa 80 Watt für die Heizeinrichtung.
  • Es kann weiter von Vorteil sein, wenn ein Pumpenantrieb mit einer Leistungsversorgungseinheit vorgesehen ist und die Heizeinrichtung zum Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit des Pumpenantriebs eingerichtet ist. Hierdurch wird eine effizientere Nutzung vorhandener Komponenten ermöglicht, so dass insgesamt die Anzahl erforderlicher Komponenten reduziert werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Heizeinrichtung ohne eigene Leistungsversorgungseinrichtung auszubilden, so dass der apparative Aufwand und folglich auch die Kosten insgesamt reduziert werden können. Es besteht ferner die Möglichkeit, auch weitere Einheiten, wie zum Beispiel eine Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung für den Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit des Pumpenantriebs einzurichten. Ebenso können Ventile und/oder Lüfter für den Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit eingerichtet sein.
  • In weiter bevorzugter Weise kann die verfügbare Leistung der Leistungsversorgungseinheit zumindest zwischen dem Pumpenantrieb und der Heizeinrichtung aufgeteilt werden. In besonders bevorzugter Weise kann die verfügbare Leistung der Leistungsversorgungseinheit vollständig aufgeteilt werden, insbesondere zwischen sämtlichen Verbrauchern, die an die Leistungsversorgungseinheit des Pumpenantriebs angeschlossen sind. Auf diese Weise wird unabhängig von der jeweils durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung eine im Wesentlichen konstante Beheizung erzielt. Dies ermöglicht einen insgesamt einfachen und kompakten Aufbau bei einem gleichzeitig hohen Maß an Betriebssicherheit.
  • Ferner kann in bevorzugter Weise die Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Ansteuerung sämtlicher an die Leistungsversorgungseinheit des Pumpenantriebs angeschlossenen Verbraucher in Abhängigkeit eines Pumpenbetriebszustandes, insbesondere einer von dem Pumpenantrieb aufgenommenen elektrischen Leistung, und/oder einer von dem Sensor erfassten Messgröße vorzunehmen. Dies gewährleistet einen insgesamt sicheren und effizienten Pumpenbetrieb.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Vakuumpumpe, bei dem durch einen Sensor eine Messgröße für den Pumpenbetrieb erfasst wird, und bei dem eine Pumpenkomponente durch eine unabhängig von dem Sensor angeordnete Heizeinrichtung in Abhängigkeit der durch den Sensor erfassten Messgröße beheizt wird.
  • Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Vakuumpumpe, bei dem ein Pumpenantrieb von einer Leistungsversorgungseinheit Leistung aufnimmt und bei dem eine Heizeinrichtung in Abhängigkeit der durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung zumindest eine Pumpenkomponente beheizt.
  • In bevorzugter Weise können die voranstehend erwähnten Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe miteinander kombiniert werden. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass eine Pumpenkomponente durch eine unabhängig von dem Sensor angeordnete Heizeinrichtung in Abhängigkeit der durch den Sensor erfassten Messgröße und in Abhängigkeit der durch den Pumpenantrieb aufgenommenen Leistung beheizt wird.
  • Die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß des ersten und/oder des zweiten Aspekts gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
    Fig. 2
    eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
    Fig. 6
    ein Blockdiagramm einer Turbomolekularpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.
  • Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125. Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.
  • Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, gebracht werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann.
  • Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann.
  • An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.
  • An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann.
  • In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.
  • Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.
  • In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.
  • Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
  • Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.
  • Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.
  • Am unteren Ende der Holweck-Rotorhülse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der radial außenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. Außerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-Statorhülse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-Rotorhülse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.
  • Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 163, 165 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben. Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.
  • Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.
  • Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 92 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.
  • Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 203 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.
  • Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- beziehungsweise Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, da eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
  • Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
  • Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
  • Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
  • Die Turbomolekularpumpe der Fig. 1 bis 5 bildet eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe. Die Fig. 6 zeigt Einzelheiten, welche auch bei einer Turbomolekularpumpe gemäß den Fig. 1 bis 5 vorgesehen sein können, auch wenn diese dort nicht ausdrücklich gezeigt sind.
  • Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Turbomolekularpumpe 111 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in der Fig. 6 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 weist eine Mehrzahl von Pumpenkomponenten 225, eine Heizeinrichtung 227 zum Beheizen zumindest einer der Pumpenkomponenten 225 und einen Sensor 229 zur Erfassung einer Messgröße für den Pumpenbetrieb auf. Wie in Fig. 6 dargestellt, können auch mehrere Sensoren 229 vorgesehen sein, beispielsweise ein Sensor 229 pro Pumpenkomponente 225.
  • Der Sensor 229 ist erfindungsgemäß unabhängig von der Heizeinrichtung 227 angeordnet. Insbesondere ist der Sensor 229 nicht als Teil der Heizeinrichtung 227 oder innerhalb der Heizeinrichtung 227 sondern beabstandet von dieser angeordnet. Der Sensor 227 kann beispielsweise in einem Pumpeninnenraum, insbesondere in oder an einer Pumpenkomponente 225 angeordnet und somit zur Erfassung einer Messgröße unmittelbar in oder an der Pumpenkomponente 225 eingerichtet sein. Hierdurch kann die jeweilige Messgröße in kritischen Bereichen oder angrenzend an kritische Bereiche der Turbomolekularpumpe 111 erfasst werden.
  • Der Sensor 229 kann zur Erfassung einer Messgröße für die Steuerung und/oder Regelung des Pumpenbetriebs, insbesondere eines Pumpenantriebs 231, ausgebildet sein. Dabei kann der Pumpenantrieb 231 dem voranstehend beschriebenen Elektromotor 125 entsprechen oder diesen aufweisen. Der Sensor 229 kann ferner zur Beeinflussung des Pumpenbetriebs, insbesondere des Pumpenantriebs 231, über eine Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233 ausgebildet sein. Hierzu kann der Sensor 229 mit der Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233 in Verbindung stehen, insbesondere über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung.
  • Der Sensor 229 kann insbesondere als Temperatursensor ausgebildet sein. Dementsprechend kann der Sensor 229 zur Erfassung einer Pumpenbetriebstemperatur und/oder zur Erfassung der Temperatur der Pumpenkomponente 225 eingerichtet sein, insbesondere zur Erfassung einer vordefinierten Maximaltemperatur der Pumpenkomponente 225.
  • Erfindungsgemäß ist nun die Heizeinrichtung 227 für den Betrieb in Abhängigkeit der durch den Sensor 225 erfassten Messgröße konfiguriert, insbesondere einer erfassten Temperatur. Der Heizbetrieb der Heizeinrichtung 227 erfolgt demnach in Abhängigkeit von Sensordaten, insbesondere Temperaturdaten, die durch den Sensor 229 erfasst werden. Die Heizeinrichtung 227 kann somit ohne eigene Sensoren ausgebildet sein, wodurch die Komponentenzahl verringert werden kann.
  • Gleichzeitig ermöglicht dies eine erhöhte Genauigkeit der Beheizung, da diese in Abhängigkeit von Sensordaten aus kritischen Bereichen der Vakuumpumpe 111 erfolgt. Hierzu kann der Sensor 229 unmittelbar mit der Heizeinrichtung 227 verbunden sein, insbesondere über eine Datenverbindung. Ebenso kann der Sensor 229 mittelbar über die Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233 mit der Heizeinrichtung 227 verbunden sein. Letzteres gilt insbesondere im Fall der Steuerung und/oder Regelung der Heizeinrichtung 227 über die Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233. Die Datenverbindungen können drahtgebunden oder drahtlos sein.
  • Die Heizeinrichtung 227 kann zur Aufrechterhaltung einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur und/oder zum Aufheizen bis zu einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur eingerichtet sein. Es kann sich dabei um eine durch den Sensor 229 an der Pumpenkomponente 225 erfassten Temperatur handeln, wobei die jeweilige Mindesttemperatur oder Maximaltemperatur vordefiniert sein kann, insbesondere im Hinblick auf die gewünschten Betriebseigenschaften der Turbomolekularpumpe 111 und/oder im Hinblick auf Material- und Verschleißeigenschaften der jeweiligen Pumpenkomponente 225. Beispielsweise kann die Mindesttemperatur hinsichtlich geringer Kondensationsneigung und die Maximaltemperatur kann im Hinblick auf zulässige Materialbeanspruchung gewählt sein.
  • Die Heizeinrichtung 227 kann ferner dazu eingerichtet sein, bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenztemperatur aktiviert und/oder bei Überschreiten der vordefinierten Grenztemperatur deaktiviert zu werden. Ferner kann die Heizleistung der Heizeinrichtung 227 bei Unterschreiten oder Überschreiten der Grenztemperatur angepasst und/oder ausgeregelt werden. Bei der vordefinierten Grenztemperatur kann es sich um eine Maximal- oder Minimaltemperatur handeln. Die Heizeinrichtung 227 kann also dazu eingerichtet sein, im Pumpenbetrieb vollständig ansowie ausgeschaltet zu werden. Ebenso kann eine Ansteuerung der Heizeinrichtung 227 mittels gepulster, linear veränderlicher oder mittels diskreter Zwischenwerte erfolgen.
  • Wie voranstehend bereits erwähnt, weist die Turbomolekularpumpe 111 einen Pumpenantrieb 231 auf. Dabei kann die Heizeinrichtung 227 für den Betrieb in Abhängigkeit einer durch den Pumpenantrieb 231 aufgenommenen Leistung konfiguriert sein. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 227 bei Erhöhung der Leistungsaufnahme des Pumpenantriebs 231 zur Beibehaltung eines deaktivierten Zustands und/oder zur Verringerung der Heizleistung eingerichtet sein.
  • Ebenso kann die Heizeinrichtung 227 bei Verringerung der Leistungsaufnahme des Pumpenantriebs 231 zur Aktivierung des Heizbetriebs und/oder zur Erhöhung der Heizleistung eingerichtet sein. Ferner kann die Heizeinrichtung 227 dazu eingerichtet sein, in einem Pumpenhochlaufbetrieb und/oder in einem Vakuum erzeugenden Betrieb deaktiviert zu bleiben und/oder in einem Vakuum erhaltenden Betrieb aktiviert zu werden. Eine Aktivierung und/oder Deaktivierung und/oder Veränderung der Heizleistung kann durch die Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233 vorgenommen werden oder durch eine eigene entsprechend in der Heizeinrichtung 227 vorgesehene Einheit.
  • Wie der Fig. 6 weiterhin entnommen werden kann, weist der Pumpenantrieb 231 eine Leistungsversorgungseinheit 235 auf. Die Leistungsversorgungseinheit 235 kann - anders als in Fig. 6 dargestellt - auch außerhalb des Pumpenantriebs 231 angeordnet und mit diesem verbunden sein. Ferner ist die Heizeinrichtung 227 zum Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit 235 des Pumpenantriebs 231 eingerichtet. Die Heizeinrichtung 227 benötigt somit keine eigene Leistungsversorgungseinheit, sodass die Komponentenzahl der Turbomolekularpumpe 111 weiter reduziert werden kann. Auch weitere Komponenten und/oder Einrichtungen der Vakuumpumpe können zum Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit 235 des Pumpenantriebs 231 eingerichtet sein, wie zum Beispiel die Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung 233. Bevorzugt können sämtliche Verbraucher der Turbomolekularpumpe 111 zum Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit 235 des Pumpenantriebs 231 eingerichtet sein.
  • Im Betrieb der Turbomolekularpumpe 111 kann die verfügbare Leistung der Leistungsversorgungseinheit 235, beispielsweise 100 Watt, zumindest zwischen dem Pumpenantrieb 231 und der Heizeinrichtung 227 aufgeteilt werden. In besonders vorteilhafter Weise kann die verfügbare Leistung der Leistungsversorgungseinheit 235 vollständig auf die jeweils angeschlossenen Verbraucher aufgeteilt werden.
  • Rein beispielhaft können verfügbare 100 Watt aus einer als Netzteil ausgebildeten Leistungsversorgungseinheit 235 im Wesentlichen zischen dem Pumpenantrieb 231 und der Heizeinrichtung 227 aufgeteilt werden. Die Aufteilung kann abhängig vom Betriebszustand erfolgen. Beispielsweise kann in einem Pumpenhochlaufbetrieb 90 Watt durch den Pumpenantrieb 231 benötigt werden. Die Heizeinrichtung 227 bleibt deaktiviert. In einem Vakuum erzeugenden Betrieb wird beispielsweise eine Vakuumkammer leer gepumpt, sodass eine verhältnismäßig hohe Gaslast vorliegt. Der Pumpenantrieb 231 kann hier beispielsweise 50 Watt benötigen. Die Heizeinrichtung 227 bleibt weiterhin deaktiviert oder wird aktiviert und mit geringer Leistung von etwa 50 Watt oder weniger betrieben.
  • In einem Vakuum erhaltenden Betrieb ist eine Vakuumkammer bereits leer gepumpt, sodass eine verhältnismäßig geringe oder keine Gaslast vorliegt. Die Turbomolekularpumpe 111 wird also auf einen Betriebspunkt ohne oder mit nur geringer Gaslast betrieben, sodass der Pumpenantrieb 231 beispielsweise 20 Watt oder weniger benötigt. Die Heizeinrichtung 227 kann in diesem Zustand mit 80 Watt betrieben werden, um eine zu starke Abkühlung der Pumpenkomponente 225 zu verhindern.
  • Die in den Fig. 6 beispielhaft gezeigten Einzelheiten sowie die in der Beschreibungseinleitung allgemein beschriebenen Konzepte können ebenso bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 5 vorgesehen sein, obwohl dort nicht näher dargestellt beziehungsweise erläutert. Dies gilt für sämtliche Details bezüglich der Pumpenkomponenten 235, der Heizeinrichtung 227, der Sensoren 229 des Pumpenantriebs 231 sowie der Leistungsversorgungseinheit 235. Ebenso können sämtliche oder einzelne Details der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten und entsprechend beschriebenen Turbomolekularpumpe 111 auch bei der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen der Turbomolekularpumpe 111 vorgesehen sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 111
    Turbomolekularpumpe
    113
    Einlassflansch
    115
    Pumpeneinlass
    117
    Pumpenauslass
    119
    Gehäuse
    121
    Unterteil
    123
    Elektronikgehäuse
    125
    Elektromotor
    127
    Zubehöranschluss
    129
    Datenschnittstelle
    131
    Stromversorgungsanschluss
    133
    Fluteinlass
    135
    Sperrgasanschluss
    137
    Motorraum
    139
    Kühlmittelanschluss
    141
    Unterseite
    143
    Schraube
    145
    Lagerdeckel
    147
    Befestigungsbohrung
    148
    Kühlmittelleitung
    149
    Rotor
    151
    Rotationsachse
    153
    Rotorwelle
    155
    Rotorscheibe
    157
    Statorscheibe
    159
    Abstandsring
    161
    Rotornabe
    163
    Holweck-Rotorhülse
    165
    Holweck-Rotorhülse
    167
    Holweck-Statorhülse
    169
    Holweck-Statorhülse
    171
    Holweck-Spalt
    173
    Holweck-Spalt
    175
    Holweck-Spalt
    179
    Verbindungskanal
    181
    Wälzlager
    183
    Permanentmagnetlager
    185
    Spritzmutter
    187
    Scheibe
    189
    Einsatz
    191
    rotorseitige Lagerhälfte
    193
    statorseitige Lagerhälfte
    195
    Ringmagnet
    197
    Ringmagnet
    199
    Lagerspalt
    201
    Trägerabschnitt
    203
    Trägerabschnitt
    205
    radiale Strebe
    207
    Deckelelement
    209
    Stützring
    211
    Befestigungsring
    213
    Tellerfeder
    215
    Not- bzw. Fanglager
    217
    Motorstator
    219
    Zwischenraum
    221
    Wandung
    223
    Labyrinthdichtung
    225
    Pumpenkomponente
    227
    Heizeinrichtung
    229
    Sensor
    231
    Pumpenantrieb
    233
    Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung
    235
    Leistungsversorgungseinrichtung

Claims (15)

  1. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe (111), mit wenigstens einer Pumpenkomponente (225), mit einer Heizeinrichtung (227) zum Beheizen der Pumpenkomponente (225) und mit einem Sensor (229) zur Erfassung einer Messgröße für den Pumpenbetrieb, wobei der Sensor (229) unabhängig von der Heizeinrichtung (227) angeordnet und die Heizeinrichtung (227) für den Betrieb in Abhängigkeit der durch den Sensor (229) erfassten Messgröße konfiguriert ist.
  2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sensor (229) zur Erfassung einer Messgröße für die Steuerung und/oder Regelung des Pumpenbetriebs, insbesondere eines Pumpenantriebs (231), und/oder für die Beeinflussung des Pumpenbetriebs über eine Pumpensteuerungs- und/oder Pumpenregelungseinrichtung (233) ausgebildet ist.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sensor (229) beabstandet von der Heizeinrichtung (227), insbesondere in einem Pumpeninnenraum, angeordnet ist und/oder dass der Sensor (229) zur Erfassung einer Messgröße an oder in der Pumpenkomponente (225) eingerichtet ist.
  4. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sensor (229) ein Temperatursensor ist und/oder zur Erfassung einer Pumpenbetriebstemperatur und/oder zur Erfassung der Temperatur der Pumpenkomponente (225) eingerichtet ist, insbesondere zur Erfassung einer vordefinierten Maximaltemperatur der Pumpenkomponente (225).
  5. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) ohne Temperatursensor und/oder zur Verbindung mit einem externen und/oder separat angeordneten Temperatursensor (229) ausgebildet ist und/oder dass die Heizeinrichtung (227) extern angebaut oder in einem Pumpeninnenraum angeordnet ist.
  6. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) zur Aufrechterhaltung einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur und/oder zum Aufheizen bis zur einer Mindesttemperatur und/oder Maximaltemperatur eingerichtet ist.
  7. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) dazu eingerichtet ist, bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenztemperatur aktiviert und/oder bei Überschreiten der vordefinierten Grenztemperatur deaktiviert zu werden und/oder die Heizleistung bei Unterschreiten oder Überschreiten der Grenztemperatur anzupassen und/oder auszuregeln.
  8. Vakuumpumpe, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Pumpenantrieb (231) und mit einer Heizeinrichtung (227) zum Beheizen zumindest einer Pumpenkomponente (225), wobei die Heizeinrichtung (227) für den Betrieb in Abhängigkeit einer durch den Pumpenantrieb (231) aufgenommenen Leistung konfiguriert ist.
  9. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) bei Erhöhung der Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs (231) zur Beibehaltung eines deaktivierten Zustands und/oder zur Verringerung der Heizleistung eingerichtet ist.
  10. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) bei Verringerung der Leistungsaufnahme eines Pumpenantriebs (231) zur Aktivierung des Heizbetriebs und/oder zur Erhöhung der Heizleistung eingerichtet ist.
  11. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung (227) dazu eingerichtet ist, in einem Pumpenhochlaufbetrieb und/oder in einem Vakuum erzeugenden Betrieb deaktiviert zu bleiben, und/oder dass die Heizeinrichtung (227) dazu eingerichtet ist, in einem Vakuum erhaltenden Betrieb aktiviert zu werden.
  12. Vakuumpumpe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Pumpenantrieb (231) mit einer Leistungsversorgungseinheit (235) vorgesehen ist und die Heizeinrichtung (227) zum Leistungsbezug von der Leistungsversorgungseinheit (235) des Pumpenantriebs eingerichtet ist.
  13. Vakuumpumpe nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die verfügbare elektrische Leistung der Leistungsversorgungseinheit (235) zumindest zwischen dem Pumpenantrieb (231) und der Heizeinrichtung (227) aufgeteilt wird, insbesondere vollständig aufgeteilt wird.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    - bei dem durch einen Sensor (229) eine Messgröße für den Pumpenbetrieb erfasst wird und
    - bei dem eine Pumpenkomponente (225) durch eine unabhängig von dem Sensor angeordnete Heizeinrichtung (227) in Abhängigkeit der durch den Sensor (229) erfassten Messgröße beheizt wird.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13 und/oder einem Verfahren nach Anspruch 14,
    - bei dem ein Pumpenantrieb (231) von einer Leistungsversorgungseinheit (235) elektrische Leistung aufnimmt und
    - bei dem eine Heizeinrichtung (227) in Abhängigkeit der durch den Pumpenantrieb (231) aufgenommenen Leistung zumindest eine Pumpenkomponente (225) beheizt.
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