EP3623634A1 - Vacuum pump comprising a holweck pump stage and a side channel pump stage - Google Patents
Vacuum pump comprising a holweck pump stage and a side channel pump stage Download PDFInfo
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- EP3623634A1 EP3623634A1 EP19191378.9A EP19191378A EP3623634A1 EP 3623634 A1 EP3623634 A1 EP 3623634A1 EP 19191378 A EP19191378 A EP 19191378A EP 3623634 A1 EP3623634 A1 EP 3623634A1
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Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump, in particular a booster pump, comprising a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage.
- a booster pump is a pump that, for example, in a multi-chamber vacuum application, such as a mass spectrometry system, is typically located between a turbomolecular pump, e.g. a split flow pump, and a backing pump is used. It is mostly used to increase the inlet pressure at the backing pump so that the backing pump can be dimensioned significantly smaller.
- a turbomolecular pump e.g. a split flow pump
- a vacuum pump with the features of claim 1, and in particular in that the pump has a pump rotor which forms a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage.
- Holweck and side channel pump stages are also referred to below simply as Holweck and side channel stages.
- the features described below can - both in combination and independently of one another - advantageously further develop the vacuum pump of claim 1. However, they can also be used generally and correspondingly advantageously for the further development of a vacuum pump, in particular a booster pump, which has a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage, and at least one pump rotor which is not a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage.
- a vacuum pump in particular a booster pump, which has a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage, and at least one pump rotor which is not a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage.
- a vacuum pump in particular a booster pump, which has a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage, and at least one pump rotor which is not a common pump rotor of the Holweck pump stage and side
- the rotor element (s) of the Holweck pump stage on the one hand and the rotor element (s) of the side channel pump stage on the other hand are connected independently of one another to the pump rotor or to a rotor shaft of the pump rotor, in particular either indirectly via a carrier or directly.
- the rotor elements of the side channel pump stage are carried by a Holweck sleeve forming a rotor element of the Holweck pump stage.
- the Holweck pump stage and the side channel pump stage each have a carrier connected to the pump rotor or its rotor shaft for the respective rotor element or for the respective rotor elements.
- the carrier for the Holweck pump stage and the carrier for the side channel pump stage can be formed as separate components or in one piece with one another.
- the pump rotor can, for example, each carry one or more rotor elements of the pump stages, for example via a rotor element carrier, which can be arranged on the rotor, for example.
- the vacuum pump has at least two Holweck stages effective in parallel. This promises high pumping speed and therefore good pump performance.
- the vacuum pump remains compact.
- at least two, in particular three, Holweck stages connected in parallel can also be provided. Holweck stages connected in parallel can in particular promote or expel towards a side channel stage.
- the gas flow in the Holweck stages e.g. at least essentially no change of direction can be provided.
- the gas flow in a Holweck stage, in particular all Holweck stages runs at least essentially only axially.
- At least two, in particular parallel, Holweck stages can be arranged in particular axially overlapping, particularly preferably essentially covering the same axial area, which advantageously enables a particularly compact construction with good pump performance to be achieved.
- the Holweck stages can be arranged nested.
- the Holweck stages preferably arranged in an overlapping manner have the same compression. This can be ensured in a simple and advantageous manner that gas does not flow back through one stage while the other pumps.
- a radially inner one of the Holweck stages has a lower pumping speed than a radially further outer Holweck stage. This leads to a further improvement in pump performance. With three or more levels there is a corresponding gradation advantageous, ie all stages then have the same compression, the pumping speed of the stages decreasing in the radial direction from the outside inwards.
- the Holweck stages can, for example, be formed on the rotor side by one or more, in particular two, rotating Holweck sleeves.
- two Holweck stages can have a common rotor element, for example.
- a respective Holweck sleeve can, for example, be made of a composite material, such as GRP or CFRP, or a metal, such as titanium, and / or be carried by a rotor element carrier made of metal.
- a stator element can preferably form a common stator element for two Holweck stages.
- the stator element can advantageously be annular or sleeve-shaped.
- at least one stator element of a Holweck stage can preferably have a Holweck thread.
- the stator element can have, for example, two Holweck threads, one for each Holweck stage.
- the threads can be arranged, for example, on the inside and outside of the stator element, in particular in the form of a ring or sleeve.
- the vacuum pump has at least two side channel pump stages, in particular effective in series. This results in a particularly reliable removal of the gas from the Holweck stage (s) and thus a good pump performance.
- the pump remains compact.
- two side channel stages connected in series can be followed by several, in particular three, Holweck stages connected in parallel.
- it can preferably be provided that the entire gas conveyed by the Holweck stages is conveyed through the one or more side channel stages, in particular connected in series.
- a side channel step can be designed, for example, as an axial or as a radial side channel step.
- a rotor element In the case of an axial side channel stage, a rotor element extends into an annular channel in the axial direction.
- a rotor element In the case of a radial side channel step, a rotor element extends into a ring channel in the radial direction.
- the vacuum pump has at least two, in particular exactly two, side channel pump stages which are arranged axially and radially offset from one another. This allows a particularly compact structure, in particular if the side channel stages are designed as radial side channel stages. Due to the offset in the axial and radial directions, the necessary installation space can be advantageously used.
- a rotor element of a respective side channel stage can be carried, for example, by a rotor element carrier, in particular wherein the rotor element is formed separately from the rotor element carrier.
- a pump-active element is generally to be understood as a rotor element. In the side channel stage, this has a plurality of rotor blades which rotate in the ring channel.
- the rotor element can preferably be carried by the rotor element carrier via an intermediate element, in particular an annular or sleeve-shaped one.
- the intermediate element can comprise, for example, a composite material, such as GRP or CFRP, or a metal, in particular titanium, or be produced therefrom.
- the intermediate component enables an advantageous and space-saving arrangement of the at least one side channel stage, but in particular the actual rotor element carrier is easy to manufacture.
- the intermediate component can be designed to be pump-active, for example in cooperation with an opposite, static, pump-active structure, such as a Holweck thread.
- a pump-active intermediate component can e.g. Leakage from a ring channel of the side channel stage can be reduced and the pump performance can thus be improved.
- a magnetic bearing and / or, in particular at another end or opposite the end on the suction side, a roller bearing are provided for the pump rotor, in particular at one end of the rotor on the suction side.
- the combination of magnetic and roller bearings is also known as hybrid bearing and is common in the prior art for turbomolecular pumps.
- the hybrid bearing allows a particularly compact structure.
- the magnetic bearing can be arranged axially overlapping with the one or more Holweck steps and / or surrounded by the one or more Holweck steps.
- the suction-side, axial beginning of the magnetic bearing in particular characterized by a first magnet in the axial direction, can be arranged essentially at the same axial height as the suction-side, axial beginning of the Holweck stage or the Holweck stages.
- the rolling bearing can e.g. be designed as a ball bearing.
- felt lubrication and / or a conical lubricant delivery device for conveying a lubricant to the rolling bearing can also be provided, for example, counter to gravity.
- the vacuum pump can have, for example, an inlet and a static element spanning the inlet.
- a stator element of the at least one Holweck stage can be carried by this element.
- the presence of the static element is advantageously used, so that a particularly compact design can be achieved as a result.
- the static element can, for example, be a carrier for a bearing element.
- the bearing element can be a magnetic bearing, for example.
- the carrier can preferably be designed as a star and / or have several, in particular three, arms that support a central area on the pump housing that supports the bearing element.
- At least one rotor element of at least one pump stage is carried by a rotor element carrier.
- the rotor element carrier can, for example, be formed separately from or in one piece with the rotor and / or the rotor element.
- the rotor element carrier can in particular be arranged upstream or downstream of the rotor element.
- the rotor element carrier can, for example, have a passage for a gas which is conveyed or to be conveyed by the rotor element. This allows a particularly compact structure. It was recognized that a gas stream does not necessarily have to be directed past a rotor element carrier. Rather, a radially inner region of the rotor element can in particular also be designed to be pump-effective. This radially inner area is thus used to further improve the pumping action without the external dimensions of the pump having to change.
- the passage can open into a region located downstream of the pump stage, in particular an intermediate stage region between Holweck and side channel stages.
- the passage can be arranged in particular on a rotor element carrier of the at least one Holweck stage.
- a rotor element carrier of the at least one Holweck stage.
- For Holweck stage and side channel stage can generally separate or a common Rotor element carrier can be provided.
- the passage can generally be an axial passage.
- the rotor element carrier can be designed, for example, as an essentially disk-shaped component.
- the at least one rotor element can, for example, be glued to the rotor element carrier, for example on a peripheral surface, in particular the inner or outer peripheral surface, of the rotor element carrier, which is defined, for example, by an axial projection.
- the rotor element is ring-shaped or sleeve-shaped.
- the rotor element can in particular cooperate with a stator element of the pump stage, in particular an outer side thereof, at least via an inner side of the rotor element to produce a pumping effect.
- the passage can in particular be arranged at a downstream end of the pump stage.
- the passage can be provided in particular for two, in particular parallel, pump stages, in particular Holweck stages.
- the passage can preferably be arranged radially within a radially outermost rotor element.
- the passage is designed to be pump-effective. This improves the overall pumping effect. However, practically no additional installation space is required, so this has no negative impact on the compactness of the pump.
- the passage can generally be designed as a bore.
- a pumping effect can be imparted to the passage in a simple manner, for example, by the passage being designed obliquely, in particular as an oblique bore, in particular obliquely in the circumferential and / or rotational direction.
- the side channel pump stage has an annular channel and a rotor element rotating therein, a gap being formed between the rotor element and a component defining the annular channel.
- a gap is necessary due to the position tolerances of the rotor during operation for its free rotation, even if the gap is always designed to be as small as possible in order to achieve the least possible leakage.
- a pump-active structure can be provided in and / or adjacent to the gap, in particular outside of the ring channel, which has a pumping action against leakage from the ring channel through the gap. This reduces the leakage that is not completely avoidable in terms of design.
- the pump-active structure can advantageously be a Holweck structure. This acts advantageously as a blocking stage.
- the pump-active structure can be arranged either in the gas delivery path or on a mere leakage path.
- the pump active structure can e.g. be arranged between two pump stages and / or on a leakage path to a motor area of the pump.
- the active pump structure can be arranged on a leakage path between two side channel pump stages.
- the vacuum pump does not have any turbomolecular pump stage upstream of the at least one Holweck stage, and in particular none at all, and / or there are only Holweck and side channel stages.
- the vacuum pump can advantageously have an inlet flange that has a smaller diameter and / or a smaller cross-sectional area than at least one radially largest Holweck stage.
- the inlet flange can preferably be formed on a tapered housing end.
- the inlet flange can be designed as a DN63 flange, in particular at least one Holweck sleeve, in particular the radially largest Holweck sleeve, having a diameter of at least 80 mm, in particular at least 85 mm. This results in a particularly good pump performance with compact dimensions and in particular with a compact flange connection.
- the pump has a vacuum connection between two pump stages, in particular between Holweck pump stage and side channel pump stage and / or between two side channel pump stages.
- This vacuum connection can also be referred to as an interstage or interstage port.
- operating parameters can be measured or determined, such as pressure and / or pumping speed.
- the vacuum connection can also be used, for example, as an intermediate inlet, for example in a multi-chamber vacuum system. The vacuum connection therefore offers particular flexibility in the use of the pump, but hardly any additional installation space is required, so that the pump can be made compact.
- a vacuum system in particular mass spectrometry system, which comprises: a first vacuum chamber; a turbomolecular pump with an inlet connected to the first vacuum chamber; a second vacuum chamber, which is connected in particular to the first chamber, in particular via an aperture; a vacuum pump of the type described above with a vacuum connection between the Holweck pump stage and the side channel pump stage, the vacuum pump having a main inlet which is connected to an outlet of the turbomolecular pump is; wherein the vacuum connection forms an intermediate inlet which is connected to the second vacuum chamber.
- the vacuum pump in particular booster pump, can advantageously have an outlet which is connected to an inlet of a fore-vacuum pump.
- the backing pump emits particularly against the atmosphere.
- the vacuum system can e.g. have a third vacuum chamber, which can in particular be connected to the second chamber.
- the inlet of the backing pump can for example be connected to the third chamber.
- the vacuum system or mass spectrometry system can, in particular, be a liquid chromatography-mass spectrometry system (LC-MS from English "liquid chromatography-mass spectrometry"), in particular one with a high gas load.
- LC-MS liquid chromatography-mass spectrometry system
- the advantages according to the invention are particularly effective in an LC-MS .
- turbomolecular pump and the vacuum pump are in particular separate pumps with separate rotors.
- a vacuum pump 10 is indicated schematically. This includes a housing 12 which defines an inlet 14 and an outlet, not shown.
- the inlet 14 is spanned by a carrier element 16, which carries a bearing element 18, not shown, for a rotor 20. At one end facing away from the inlet, a further bearing for the rotor 20 is provided, which is not shown separately.
- the rotor 20 comprises a rotor shaft 21, on which a rotor element carrier 22 is rotatably arranged, which carries two rotor elements 24.
- the rotor element carrier 22 forms a hub component arranged on the rotor shaft 21 and is here embodied separately from the rotor elements 24 and separately from the rotor shaft 21.
- the rotor elements 24 form rotor elements of three Holweck pump stages 25 connected in parallel.
- the rotor elements 24 cooperate with two stator elements 26 of the Holweck pump stages 25 to produce a pump effect.
- the rotor elements 24 are designed as sleeves, which can be made, for example, of a composite material and rotate with the rotor element carrier 22 or the rotor 20 when the pump 10 is in operation.
- the stator elements 26 each have a pump-active structure on a side facing an adjacent rotor element 24, namely a so-called Holweck thread 28.
- Fig. 1 are indicated by arrows 30, the gas delivery routes caused by the Holweck pumping stages 25. These gas delivery paths 30 run parallel, in this embodiment not only in functional terms, but also in the spatial sense.
- the three Holweck pump stages 25 are interleaved and arranged in the same axial area.
- the carrier element 16 is, as indicated by the arrows 30, gas-permeable.
- the carrier element 16 can be designed as a multi-armed star, the gas to be conveyed being able to pass through the spaces between the arms from the inlet 14 to the Holweck steps 25.
- at least one radially inner stator element 26 can be held on or carried by the carrier element 16.
- the outer stator element 26 can, for example, as shown, also be carried by the carrier element 16 or, for example, be carried by the housing 12.
- gas which has passed axially through the carrier element 16 radially inside the inner stator element 26 can also be conveyed in the direction of the outlet from the radially inner holing stage 25.
- the gas conveyed by the radially outer Holweck stage 25 is conveyed past the rotor element carrier 22 to a first side channel pump stage 33.
- This comprises a rotor element 34 which rotates in an annular channel 36.
- the gas is conveyed from the first side channel stage 33 via a transition (not shown) to a second side channel pump stage 33, which is connected in series with the first side channel pump stage 33.
- the side channel stages 33 are designed here as radial side channel stages. They are also axially and radially offset.
- the radially inner two gas delivery paths 30 of the corresponding Holweck stage 25 pass through a plurality of passages 38 arranged in the rotor element carrier 22 when they exit the corresponding Holweck stage 25.
- the gas then reaches an intermediate stage area from which it enters the first ring channel 36 or the first side channel stage 33 and can be conveyed through the side channel stages 33 to the outlet.
- a respective passage 38 forms a common passage for the two radially inner Holweckitn 25.
- the passages 38 are formed as a plurality of holes arranged distributed over the rotor element carrier 22 in the circumferential direction.
- a passage 38 is illustrated in more detail in a sectional illustration.
- the passage 38 is designed as an oblique bore.
- the circumferential direction or direction of rotation of the rotor element carrier 22 runs from left to right.
- the conveying direction runs in Fig. 2 from top to bottom.
- the inner wall of the oblique bore or the passage 38 causes pumping activity in the conveying direction. It acts like a rotor blade of a turbomolecular pump stage.
- a vacuum pump 10 is shown cut in a higher degree of detail. This comprises an inlet flange 40, which defines an inlet 14 and here is formed as part of a housing 12.
- the vacuum pump 10 comprises a common pump rotor 20 which is supported on the inlet or suction side by a magnetic bearing 42 and at an opposite end by a roller bearing 44.
- the pump 10 thus comprises a hybrid bearing for the rotor 20.
- Felt lubrication is provided for the roller bearing 44, which has a lubricating oil reservoir in the form of a felt body 45 and a conical delivery element 46 for the lubricating oil.
- the rotor 20 is driven by an electric motor 47.
- the magnetic bearing 42 is carried by a carrier element 16, which is designed here as a star.
- the carrier element 16 also carries a radially inner stator element 26 of a set of Holweck stages 25 connected in parallel.
- a radially outer stator element 26 is supported and fastened to the housing 12.
- Two rotor elements 24 are provided, which are carried by a rotor element carrier 22.
- Three Holweck pump stages 25 connected in parallel are formed between the rotor elements 24 and the respectively opposite stator element 26. Similar to the embodiment described above, the gas conveyed by the radially outer holweck stage 25 is conveyed past the rotor element carrier 22 into an intermediate stage region 48 and the gas conveyed by the radially inner holweck stages 25 passes through a passage 38 of the rotor element carrier 22 to enter the intermediate stage region 48 reach.
- the side channel steps 33 are designed as axial side channel steps and are arranged axially and radially offset.
- the rotor elements 34 of a respective side channel pump stage 33 are carried by a rotor element carrier 50, which in this embodiment is formed separately from the rotor shaft 21 and from the rotor element carrier 22 of the Holweck stages 25.
- the rotor element carrier 50 in particular forms a hub component which is arranged on the rotor shaft 21.
- the rotor elements 34 are fastened to the rotor element carrier 50 via a respective intermediate element 52.
- the side channel pump stages 33 therefore have their own carrier 50 for their rotor elements 34.
- This own carrier 50 can alternatively be attached, for example, to the carrier 22 carrying the rotor elements 24 (this exemplary embodiment is not shown in the figures), in particular on the side facing away from the rotor elements 24.
- the carriers 22, 50 can be formed, for example, in one piece with one another and / or with the rotor shaft 21. In Fig. 3 the carriers 22, 50 are formed separately.
- the vacuum pump 10 comprises a vacuum connection 54, which is connected to the intermediate stage area 48.
- the radially outer stator element 26 has a sectional view of FIG Fig. 3 not visible channel section from the vacuum port 54 to the intermediate stage area 48.
- the vacuum connection 54 could, for example, also be arranged at the axial level of the intermediate stage area 48 and, for example, open directly into it.
- the vacuum connection 54 is arranged between the Holweck stages 25 and the side channel stages 33 and forms an intermediate stage connection. For example, it can for measuring or determining operating parameters or as an intermediate stage inlet, in particular in a multi-chamber vacuum system, as is shown in FIG Fig. 8 is explained in more detail.
- Fig. 4 is the section B, as in Fig. 3 is drawn, shown enlarged.
- the fixed connection between the carrier element 16 and the radially inner stator element 26 fastened thereon is particularly well visible.
- the carrier element 16 has an axial projection 56, in particular a circumferential one.
- the stator element 26 is held on a circumferential surface, here on an inner circumference, of the projection 56, for example by an interference fit.
- the projection 56 also ensures an exact positioning of the stator element 26.
- the gas, which comes from the inlet 14 and passes the carrier 16 radially outside the projection 56, is divided between the two radially outer Holweckitn 25.
- the gas, which passes the carrier element 16 radially inside the projection 56 enters the radially innermost Holweck stage 25, which is formed on the stator side by an Holweck thread 28 on the inside of the radially inner stator element 26.
- the Fig. 5 shows section C enlarged.
- the side channel steps 33 are visible, which are arranged axially overlapping with the electric motor 47.
- the intermediate elements 52 which extend relatively long here, and the axially and radially offset arrangement of the side channel stages 33 realize a nested and particularly compact arrangement of the side channel stages 33 with the electric motor 47. As a result, the pump 10 is particularly compact overall.
- Two gaps 58 are provided between a respective rotor element 34 and a respective stator element 56 of the side channel step 33 that defines the ring channel 36, so that the rotor element 34 can rotate freely in the ring channel 36.
- a certain amount of gas to be conveyed can exit from the annular channel 36 through this gap 58. This is basically a leak.
- a pump-active structure can be provided, for example, in and / or adjacent to the gap 58.
- a Holweck thread can be provided on a static component, which thread can cooperate, for example, with an essentially smooth peripheral surface of the rotor element 34 and / or the intermediate element 52 in order to effect a pumping action against the leakage direction. Holweck threads of this type are not shown here.
- a Holweck thread could, for example, be arranged on an inner circumference of the stator element 56 of the radially outer side channel step 33 and / or opposite the radially inner intermediate element 52.
- a Holweck thread can be provided, for example, on the inner circumference of the housing 12 and / or opposite the radially outer intermediate element 52.
- a Holweck thread could, for example, also be formed on an outer circumferential surface of a motor housing 60 and thus interact, for example, with an inner circumference of the radially inner rotor element 34 or with a composite inner circumferential surface. In this way, for example, leakage through the corresponding gap 58 to the electric motor 47 can be reduced.
- a pumping effect generated by the outer circumference of the radially inner intermediate element 52 or the radially inner rotor element 34 counteracts leakage from the inner side channel step 33 connected in series to the radially outer side channel step 33.
- One from the outer periphery of the radially outer intermediate member 52 or of the radially outer rotor element 34 counteracts a back leakage in the intermediate stage area 48.
- a pump-active structure in particular a Holweck thread, for reducing the leakage can generally be formed, for example, directly on the components described or on an additional component.
- the intermediate elements 52 can preferably be designed as sleeves made of a composite material. They are preferably glued to the rotor element carrier 50, in particular to a respective axial projection thereof.
- the vacuum pump 10 of the Fig. 3 is in Fig. 6 shown in a different sectional view, wherein the cutting plane was rotated about the rotor axis.
- a connection 62 is visible between the side channel steps.
- This connects the side channel stages 33 in series, namely an outlet of the first side channel stage 33 in the pumping direction with an inlet of the second side channel stage 33 in the pumping direction.
- the first side channel stage 33 which here is the radially outer one, has an inlet which is connected to the intermediate stage region 48 is.
- this admission is neither in Fig. 3 still in Fig. 6 visible because it is not in the selected cutting planes, but in a different circumferential area. The same applies to an outlet of the second side channel stage 33 or the outlet of the pump 10.
- a further vacuum connection 64 is also connected to the connection 62. This forms a further intermediate stage connection between two pump stages, here between the two side channel stages 33. Like the vacuum connection 54, this vacuum connection 64 can be used, for example, as a measuring connection or also as an intermediate stage inlet.
- Fig. 7 is the in Fig. 6 indicated section G is shown enlarged.
- the connection 62 between the side channel steps 33 is particularly well visible.
- connection 62 is essentially formed by two mutually perpendicular bores in the stator elements 56.
- the vacuum connection 64 is formed by one of the two bores.
- a vacuum system 70 which comprises, for example, a mass spectrometry system.
- the vacuum system 70 comprises a first chamber 72, which is connected to an inlet of a turbomolecular pump 74.
- An outlet of the turbomolecular pump 74 is connected to an inlet of a booster pump 76, which forms a main inlet of the booster pump.
- the booster pump also includes an intermediate inlet connected to a second vacuum chamber 78.
- the intermediate inlet of the booster pump 76 can be, for example, one of the vacuum connections 54 or 64 of the above-described embodiment of a booster or vacuum pump.
- An outlet of the booster pump 76 is connected to an inlet of a backing pump 80 which discharges to the atmosphere with an outlet.
- the forevacuum pump 80 can, as indicated by dashed lines, be connected to a third vacuum chamber 82, for example to an inlet to which the booster pump 76 is also connected, or to an intermediate inlet. A combination of these is also conceivable.
- the vacuum chambers 72, 78 and 82 can in particular be connected to one another via respective apertures and / or define an ion path of a mass spectrometer.
- the pressure in the first vacuum chamber 72 is the lowest in comparison to the other vacuum chambers 78 and 82.
- the pressures in chambers 78 and 82 are gradually greater.
- further chambers and / or further pumps can also be provided.
- a fourth chamber connected between the chambers 78 and 82 can be provided, which is connected to a vacuum connection between two side channel pump stages, such as to the vacuum connection 64.
- the second chamber 78 can be connected to a vacuum connection between Holweck stages and side channel stages, in particular the vacuum connection 64, be connected.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, umfassend eine Holweckpumpstufe, eine stromabwärts der Holweckpumpstufe angeordnete Seitenkanalpumpstufe, und einen Pumpenrotor, der einen gemeinsamen Pumpenrotor von Holweckpumpstufe und Seitenkanalpumpstufe bildet.The invention relates to a vacuum pump, in particular a booster pump, comprising a Holweck pump stage, a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage, and a pump rotor which forms a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, umfassend eine Holweckpumpstufe und eine stromabwärts der Holweckpumpstufe angeordnete Seitenkanalpumpstufe.The present invention relates to a vacuum pump, in particular a booster pump, comprising a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage.
Eine Boosterpumpe ist eine Pumpe, die beispielsweise in einer Mehrkammer-Vakuumanwendung, wie etwa einem Massenspektrometriesystem, typischerweise zwischen einer Turbomolekularpumpe, z.B. einer Splitflow-Pumpe, und einer Vorvakuumpumpe eingesetzt wird. Sie dient meistens dazu, den Einlassdruck an der Vorvakuumpumpe zu erhöhen, sodass die Vorvakuumpumpe deutlich kleiner dimensioniert werden kann.A booster pump is a pump that, for example, in a multi-chamber vacuum application, such as a mass spectrometry system, is typically located between a turbomolecular pump, e.g. a split flow pump, and a backing pump is used. It is mostly used to increase the inlet pressure at the backing pump so that the backing pump can be dimensioned significantly smaller.
Es ist eine Aufgabe, eine Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, der eingangs genannten Art bereitzustellen, die besonders kompakt aufgebaut ist, aber dennoch eine gute Pumpperformance liefert und/oder einen kompakten Systemaufbau bei effektiver Pumpwirkung ermöglicht.It is an object to provide a vacuum pump, in particular a booster pump, of the type mentioned at the outset, which is of particularly compact construction but nevertheless delivers good pump performance and / or enables a compact system structure with effective pumping action.
Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Pumpe einen Pumpenrotor aufweist, der einen gemeinsamen Pumpenrotor von Holweckpumpstufe und Seitenkanalpumpstufe bildet.This object is achieved by a vacuum pump with the features of claim 1, and in particular in that the pump has a pump rotor which forms a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage.
Hierdurch können separate Antriebs- und Lagerungsmaßnahmen für Holweck- und Seitenkanalpumpstufe entfallen. Außerdem lässt sich die Pumpe durch den gemeinsamen Rotor vorteilhaft und auf einfache Weise betreiben. Die Holweck- und Seitenkanalpumpstufen werden nachfolgend vereinfacht auch als Holweck- und Seitenkanalstufen bezeichnet.This eliminates the need for separate drive and storage measures for the Holweck and side channel pump stages. In addition, the pump can be operated advantageously and easily by the common rotor. The Holweck and side channel pump stages are also referred to below simply as Holweck and side channel stages.
Die nachfolgend beschriebenen Merkmale können - sowohl in Kombination als auch unabhängig voneinander - die Vakuumpumpe des Anspruchs 1 vorteilhaft weiterbilden. Sie können aber jeweils auch generell und entsprechend vorteilhaft zur Weiterbildung einer Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, herangezogen werden, welche eine Holweckpumpstufe und eine stromabwärts der Holweckpumpstufe angeordnete Seitenkanalpumpstufe sowie wenigstens einen Pumpenrotor aufweist, der kein gemeinsamer Pumpenrotor von Holweckpumpstufe und Seitenkanalpumpstufe ist. Das gleiche gilt für das weiter unten beschriebene Vakuumsystem und dessen Weiterbildungen. Diese lassen sich vorteilhaft auch ohne gemeinsamen Rotor betreiben. Ein solcher ist aber dennoch vorteilhaft.The features described below can - both in combination and independently of one another - advantageously further develop the vacuum pump of claim 1. However, they can also be used generally and correspondingly advantageously for the further development of a vacuum pump, in particular a booster pump, which has a Holweck pump stage and a side channel pump stage arranged downstream of the Holweck pump stage, and at least one pump rotor which is not a common pump rotor of the Holweck pump stage and side channel pump stage. The same applies to the vacuum system described below and its further developments. These can advantageously also be operated without a common rotor. However, such is advantageous.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das oder die Rotorelemente der Holweckpumpstufe einerseits und das oder die Rotorelemente der Seitenkanalpumpstufe andererseits unabhängig voneinander mit dem Pumpenrotor oder mit einer Rotorwelle des Pumpenrotors verbunden sind, insbesondere entweder mittelbar über einen Träger oder unmittelbar.It is preferably provided that the rotor element (s) of the Holweck pump stage on the one hand and the rotor element (s) of the side channel pump stage on the other hand are connected independently of one another to the pump rotor or to a rotor shaft of the pump rotor, in particular either indirectly via a carrier or directly.
Hierdurch sind z.B. Ausgestaltungen ausgeschlossen, bei denen die Rotorelemente der Seitenkanalpumpstufe von einer ein Rotorelement der Holweckpumpstufe bildenden Holweckhülse getragen sind. Nicht ausgeschlossen sind z.B. Ausgestaltungen, bei denen die Holweckpumpstufe und die Seitenkanalpumpstufe jeweils einen mit dem Pumpenrotor oder dessen Rotorwelle verbundenen Träger für das jeweilige Rotorelement oder für die jeweiligen Rotorelemente aufweisen. Dabei können der Träger für die Holweckpumpstufe und der Träger für die Seitenkanalpumpstufe als separate Bauteile oder einstückig miteinander ausgebildet sein. Der Pumpenrotor kann beispielsweise jeweils ein oder mehrere Rotorelemente der Pumpstufen tragen, z.B. über einen Rotorelementträger, der beispielsweise auf dem Rotor angeordnet sein kann.This excludes, for example, configurations in which the rotor elements of the side channel pump stage are carried by a Holweck sleeve forming a rotor element of the Holweck pump stage. For example, configurations are not excluded in which the Holweck pump stage and the side channel pump stage each have a carrier connected to the pump rotor or its rotor shaft for the respective rotor element or for the respective rotor elements. The carrier for the Holweck pump stage and the carrier for the side channel pump stage can be formed as separate components or in one piece with one another. The pump rotor can, for example, each carry one or more rotor elements of the pump stages, for example via a rotor element carrier, which can be arranged on the rotor, for example.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vakuumpumpe wenigstens zwei parallel wirksame Holweckstufen aufweist. Dies verspricht ein hohes Saugvermögen und somit eine gute Pumpperformance. Dabei bleibt die Vakuumpumpe kompakt. Insbesondere können auch mindestens zwei, insbesondere drei, parallel geschaltete Holweckstufen vorgesehen sein. Parallelgeschaltete Holweckstufen können insbesondere zu einer Seitenkanalstufe hin fördern oder ausstoßen.In one embodiment it is provided that the vacuum pump has at least two Holweck stages effective in parallel. This promises high pumping speed and therefore good pump performance. The vacuum pump remains compact. In particular, at least two, in particular three, Holweck stages connected in parallel can also be provided. Holweck stages connected in parallel can in particular promote or expel towards a side channel stage.
Generell vorteilhaft kann für den Gasstrom in den Holweckstufen z.B. zumindest im Wesentlichen keine Richtungsänderung vorgesehen sein. Weiter generell kann vorgesehen sein, dass der Gasstrom in einer Holweckstufe, insbesondere allen Holweckstufen, zumindest im Wesentlichen nur axial verläuft.Generally advantageous for the gas flow in the Holweck stages e.g. at least essentially no change of direction can be provided. In general, it can further be provided that the gas flow in a Holweck stage, in particular all Holweck stages, runs at least essentially only axially.
Wenigstens zwei, insbesondere parallelgeschaltete, Holweckstufen können insbesondere axial überlappend, besonders bevorzugt im Wesentlich den gleichen Axialbereich abdeckend, angeordnet sein, wodurch sich vorteilhaft ein besonders kompakter Aufbau bei guter Pumpperformance realisieren lässt. Insbesondere können die Holweckstufen verschachtelt angeordnet sein.At least two, in particular parallel, Holweck stages can be arranged in particular axially overlapping, particularly preferably essentially covering the same axial area, which advantageously enables a particularly compact construction with good pump performance to be achieved. In particular, the Holweck stages can be arranged nested.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die, vorzugsweise überlappend angeordneten, Holweckstufen die gleiche Kompression aufweisen. Hierdurch kann auf einfache und vorteilhafte Weise sichergestellt werden, dass nicht durch eine Stufe Gas zurückströmt, während die andere pumpt. Vorzugsweise kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine radial innenliegende der Holweckstufen ein kleineres Saugvermögen aufweist, als eine radial weiter außen liegende Holweckstufe. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Pump-Performance. Bei drei oder mehr Stufen ist eine entsprechende Abstufung vorteilhaft, d.h. alle Stufen besitzen dann die gleich Kompression, wobei das Saugvermögen der Stufen in radialer Richtung von außen nach innen abnimmt.According to a further embodiment, it is provided that the Holweck stages preferably arranged in an overlapping manner have the same compression. This can be ensured in a simple and advantageous manner that gas does not flow back through one stage while the other pumps. Alternatively or additionally, it can preferably be provided that a radially inner one of the Holweck stages has a lower pumping speed than a radially further outer Holweck stage. This leads to a further improvement in pump performance. With three or more levels there is a corresponding gradation advantageous, ie all stages then have the same compression, the pumping speed of the stages decreasing in the radial direction from the outside inwards.
Die Holweckstufen können beispielsweise rotorseitig durch eine oder mehrere, insbesondere zwei, rotierende Holweckhülsen gebildet sein. Generell können zwei Holweckstufen beispielsweise ein gemeinsames Rotorelement aufweisen. Eine jeweilige Holweckhülse kann beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa GFK oder CFK, oder einem Metall, wie etwa Titan, hergestellt sein und/oder durch einen Rotorelementträger aus Metall getragen sein. Diese Ausführungsformen sind auch auf die unten beschriebenen Zwischenelemente vorteilhaft anwendbar.The Holweck stages can, for example, be formed on the rotor side by one or more, in particular two, rotating Holweck sleeves. In general, two Holweck stages can have a common rotor element, for example. A respective Holweck sleeve can, for example, be made of a composite material, such as GRP or CFRP, or a metal, such as titanium, and / or be carried by a rotor element carrier made of metal. These embodiments are also advantageously applicable to the intermediate elements described below.
Bevorzugt kann ein Statorelement ein gemeinsames Statorelement für zwei Holweckstufen bilden. Das Statorelement kann dabei vorteilhaft ring- oder hülsenförmig ausgebildet sein. Generell kann bevorzugt wenigstens ein Statorelement einer Holweckstufe ein Holweckgewinde aufweisen. Im Falle eines gemeinsamen Statorelements kann das Statorelement beispielsweise zwei Holweckgewinde, jeweils eines für eine jeweilige Holweckstufe, aufweisen. Die Gewinde können beispielsweise innen und außen am, insbesondere ring- oder hülsenförmigen, Statorelement angeordnet sein.A stator element can preferably form a common stator element for two Holweck stages. The stator element can advantageously be annular or sleeve-shaped. In general, at least one stator element of a Holweck stage can preferably have a Holweck thread. In the case of a common stator element, the stator element can have, for example, two Holweck threads, one for each Holweck stage. The threads can be arranged, for example, on the inside and outside of the stator element, in particular in the form of a ring or sleeve.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vakuumpumpe wenigstens zwei, insbesondere in Reihe wirksame, Seitenkanalpumpstufen aufweist. Dies bewirkt einen besonders zuverlässigen Abtransport des Gases von der bzw. den Holweckstufen und damit eine gute Pumpperformance. Dabei bleibt die Pumpe jedoch kompakt. Insbesondere können zwei in Reihe geschaltete Seitenkanalstufen mehreren, insbesondre drei, parallel geschalteten Holweckstufen nachgeschaltet sein. Generell kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das gesamte von den Holweckstufen geförderte Gas durch die eine oder mehreren, insbesondere in Reihe geschalteten, Seitenkanalstufen gefördert wird.It can be provided that the vacuum pump has at least two side channel pump stages, in particular effective in series. This results in a particularly reliable removal of the gas from the Holweck stage (s) and thus a good pump performance. However, the pump remains compact. In particular, two side channel stages connected in series can be followed by several, in particular three, Holweck stages connected in parallel. In general, it can preferably be provided that the entire gas conveyed by the Holweck stages is conveyed through the one or more side channel stages, in particular connected in series.
Generell kann eine Seitenkanalstufe beispielsweise als axiale oder als radiale Seitenkanalstufe ausgebildet sein. Bei einer axialen Seitenkanalstufe erstreckt sich ein Rotorelement in axialer Richtung in einen Ringkanal hinein. Bei einer radialen Seitenkanalstufe erstreckt sich ein Rotorelement in radialer Richtung in einen Ringkanal hinein.In general, a side channel step can be designed, for example, as an axial or as a radial side channel step. In the case of an axial side channel stage, a rotor element extends into an annular channel in the axial direction. In the case of a radial side channel step, a rotor element extends into a ring channel in the radial direction.
Seitenkanalstufen bzw. deren Ringkanäle können zum Zwecke eines kompakten Aufbaus beispielsweise radial oder axial versetzt angeordnet sein. Bei einem besonders vorteilhaften Beispiel weist die Vakuumpumpe wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Seitenkanalpumpstufen auf, die axial und radial zueinander versetzt angeordnet sind. Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau, insbesondere wenn die Seitenkanalstufen als radiale Seitenkanalstufen ausgebildet sind. Durch die Versetzung in axialer und radialer Richtung kann der nötige Bauraum vorteilhaft ausgenutzt werden.Side channel steps or their ring channels can be arranged, for example, radially or axially offset for the purpose of a compact structure. In a particularly advantageous example, the vacuum pump has at least two, in particular exactly two, side channel pump stages which are arranged axially and radially offset from one another. This allows a particularly compact structure, in particular if the side channel stages are designed as radial side channel stages. Due to the offset in the axial and radial directions, the necessary installation space can be advantageously used.
Ein Rotorelement einer jeweiligen Seitenkanalstufe kann beispielsweise von einem Rotorelementträger getragen sein, insbesondere wobei das Rotorelement separat vom Rotorelementträger ausgebildet ist. Als Rotorelement ist generell ein pumpaktives Element zu verstehen. Bei der Seitenkanalstufe weist dieses eine Mehrzahl an Rotorschaufeln auf, die im Ringkanal rotieren. Das Rotorelement kann bevorzugt über ein, insbesondere ring- oder hülsenförmiges, Zwischenelement vom Rotorelementträger getragen sein. Das Zwischenelement kann z.B. ein Verbundmaterial, wie etwa GFK oder CFK, oder ein Metall, insbesondere Titan, umfassen oder hieraus hergestellt sein. Das Zwischenbauteil ermöglicht eine vorteilhafte und platzsparende Anordnung der wenigstens einen Seitenkanalstufe, insbesondere wobei der eigentliche Rotorelementträger aber einfach zu fertigen ist.A rotor element of a respective side channel stage can be carried, for example, by a rotor element carrier, in particular wherein the rotor element is formed separately from the rotor element carrier. A pump-active element is generally to be understood as a rotor element. In the side channel stage, this has a plurality of rotor blades which rotate in the ring channel. The rotor element can preferably be carried by the rotor element carrier via an intermediate element, in particular an annular or sleeve-shaped one. The intermediate element can comprise, for example, a composite material, such as GRP or CFRP, or a metal, in particular titanium, or be produced therefrom. The intermediate component enables an advantageous and space-saving arrangement of the at least one side channel stage, but in particular the actual rotor element carrier is easy to manufacture.
Alternativ oder zusätzlich kann das Zwischenbauteil pumpaktiv ausgebildet sein, beispielsweise in Zusammenwirkung mit einer gegenüberliegenden, statischen, pumpaktiven Struktur, wie etwa einem Holweckgewinde. Durch ein pumpaktives Zwischenbauteil kann z.B. eine Leckage aus einem Ringkanal der Seitenkanalstufe verringert werden und somit die Pumpperformance verbessert werden.Alternatively or additionally, the intermediate component can be designed to be pump-active, for example in cooperation with an opposite, static, pump-active structure, such as a Holweck thread. A pump-active intermediate component can e.g. Leakage from a ring channel of the side channel stage can be reduced and the pump performance can thus be improved.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass für den Pumpenrotor, insbesondere an einem ansaugseitigen Ende des Rotors, eine Magnetlagerung und/oder, insbesondere an einem anderen oder dem ansaugseitigen Ende gegenüberliegenden Ende, eine Wälzlagerung vorgesehen sind. Die Kombination von Magnet- und Wälzlager wird auch als Hybridlagerung bezeichnet und ist im Stand der Technik bei Turbomolekularpumpen verbreitet. Insbesondere im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung mit einem gemeinsamen Rotor erlaubt die Hybridlagerung einen besonders kompakten Aufbau. Insbesondere kann das Magnetlager mit der oder den Holweckstufen axial überlappend angeordnet und/oder von der oder den Holweckstufen umgeben sein. Vorzugsweise kann der ansaugseitige, axiale Anfang des Magnetlagers, insbesondere gekennzeichnet durch einen in axialer Richtung ersten Magneten, im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe wie der ansaugseitige, axiale Anfang der Holweckstufe bzw. der Holweckstufen angeordnet sein.In a further development it is provided that a magnetic bearing and / or, in particular at another end or opposite the end on the suction side, a roller bearing are provided for the pump rotor, in particular at one end of the rotor on the suction side. The combination of magnetic and roller bearings is also known as hybrid bearing and is common in the prior art for turbomolecular pumps. In particular in connection with the solution according to the invention with a common rotor, the hybrid bearing allows a particularly compact structure. In particular, the magnetic bearing can be arranged axially overlapping with the one or more Holweck steps and / or surrounded by the one or more Holweck steps. The suction-side, axial beginning of the magnetic bearing, in particular characterized by a first magnet in the axial direction, can be arranged essentially at the same axial height as the suction-side, axial beginning of the Holweck stage or the Holweck stages.
Das Wälzlager kann z.B. als Kugellager ausgebildet sein. Für das Wälzlager kann allgemein beispielsweise eine Filzschmierung und/oder eine kegelförmige Schmiermittelfördereinrichtung zur Förderung eines Schmiermittels zum Wälzlager auch entgegen der Schwerkraft vorgesehen sein.The rolling bearing can e.g. be designed as a ball bearing. For the rolling bearing, for example, felt lubrication and / or a conical lubricant delivery device for conveying a lubricant to the rolling bearing can also be provided, for example, counter to gravity.
Die Vakuumpumpe kann beispielsweise einen Einlass und ein den Einlass überspannendes, statisches Element aufweisen. Dabei kann ein Statorelement der wenigstens einen Holweckstufe von diesem Element getragen sein. Hierdurch wird das Vorhandensein des statischen Elements vorteilhaft ausgenutzt, sodass im Ergebnis eine besonders kompakte Bauform erreicht werden kann.The vacuum pump can have, for example, an inlet and a static element spanning the inlet. A stator element of the at least one Holweck stage can be carried by this element. Hereby the presence of the static element is advantageously used, so that a particularly compact design can be achieved as a result.
Bei dem statischen Element kann es sich beispielsweise um einen Träger für ein Lagerelement handeln. Das Lagerelement kann beispielsweise ein Magnetlager sein. Der Träger kann bevorzugt als Stern ausgebildet sein und/oder mehrere, insbesondere drei, Arme aufweisen, die einen das Lagerelement tragenden Zentralbereich am Pumpengehäuse abstützen.The static element can, for example, be a carrier for a bearing element. The bearing element can be a magnetic bearing, for example. The carrier can preferably be designed as a star and / or have several, in particular three, arms that support a central area on the pump housing that supports the bearing element.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Rotorelement wenigstens einer Pumpstufe von einem Rotorelementträger getragen ist. Der Rotorelementträger kann beispielsweise separat vom oder einteilig mit dem Rotor und/oder dem Rotorelement ausgebildet sein. Der Rotorelementträger kann insbesondere stromaufwärts oder stromabwärts des Rotorelements angeordnet sein.In a further embodiment it is provided that at least one rotor element of at least one pump stage is carried by a rotor element carrier. The rotor element carrier can, for example, be formed separately from or in one piece with the rotor and / or the rotor element. The rotor element carrier can in particular be arranged upstream or downstream of the rotor element.
Der Rotorelementträger kann beispielsweise einen Durchgang für ein von dem Rotorelement gefördertes oder zu förderndes Gas aufweisen. Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau. Es wurde erkannt, dass ein Gasstrom nicht notwendigerweise an einem Rotorelementträger vorbeigeleitet werden muss. Vielmehr kann nun insbesondere auch ein radial innerer Bereich des Rotorelements pumpwirksam ausgebildet sein. Dieser radial innere Bereich wird somit zur weiteren Verbesserung der Pumpwirkung ausgenutzt, ohne dass sich die äußeren Abmessungen der Pumpe verändern müssen.The rotor element carrier can, for example, have a passage for a gas which is conveyed or to be conveyed by the rotor element. This allows a particularly compact structure. It was recognized that a gas stream does not necessarily have to be directed past a rotor element carrier. Rather, a radially inner region of the rotor element can in particular also be designed to be pump-effective. This radially inner area is thus used to further improve the pumping action without the external dimensions of the pump having to change.
Der Durchgang kann insbesondere in einen stromabwärts der Pumpstufe angeordneten Bereich, insbesondere einen Zwischenstufenbereich zwischen Holweck- und Seitenkanalstufen, münden. Generell kann der Durchgang insbesondere an einem Rotorelementträger der wenigstens einen Holweckstufe angeordnet sein. Für Holweckstufe und Seitenkanalstufe können generell separate oder ein gemeinsamer Rotorelementträger vorgesehen sein. Bei dem Durchgang kann es sich allgemein vorteilhaft um einen axialen Durchgang handeln.The passage can open into a region located downstream of the pump stage, in particular an intermediate stage region between Holweck and side channel stages. In general, the passage can be arranged in particular on a rotor element carrier of the at least one Holweck stage. For Holweck stage and side channel stage can generally separate or a common Rotor element carrier can be provided. The passage can generally be an axial passage.
Der Rotorelementträger kann beispielsweise als im Wesentlichen scheibenförmiges Bauteil ausgebildet sein. Das wenigstens eine Rotorelement kann beispielsweise mit dem Rotorelementträger verklebt sein, beispielsweise an einer Umfangsfläche, insbesondere Innen- oder Außenumfangsfläche, des Rotorelementträgers, die beispielsweise durch einen axialen Vorsprung definiert ist.The rotor element carrier can be designed, for example, as an essentially disk-shaped component. The at least one rotor element can, for example, be glued to the rotor element carrier, for example on a peripheral surface, in particular the inner or outer peripheral surface, of the rotor element carrier, which is defined, for example, by an axial projection.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Rotorelement ringförmig oder hülsenförmig ausgebildet ist. Dabei kann das Rotorelement insbesondere zumindest über eine Innenseite des Rotorelements zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit einem Statorelement der Pumpstufe zusammenwirken, insbesondere einer Außenseite desselben. Der Durchgang kann dabei insbesondere an einem stromabwärtsseitigen Ende der Pumpstufe angeordnet sein.According to a further embodiment, the rotor element is ring-shaped or sleeve-shaped. The rotor element can in particular cooperate with a stator element of the pump stage, in particular an outer side thereof, at least via an inner side of the rotor element to produce a pumping effect. The passage can in particular be arranged at a downstream end of the pump stage.
Der Durchgang kann insbesondere für zwei, insbesondere parallele, Pumpstufen, insbesondere Holweckstufen, vorgesehen sein. Allgemein kann der Durchgang bevorzugt radial innerhalb eines radial äußersten Rotorelements angeordnet sein.The passage can be provided in particular for two, in particular parallel, pump stages, in particular Holweck stages. In general, the passage can preferably be arranged radially within a radially outermost rotor element.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Durchgang pumpwirksam ausgebildet ist. Hierdurch wird die Pumpwirkung insgesamt verbessert. Dabei ist aber praktisch kein zusätzlicher Bauraum nötig, sodass dies auf die Kompaktheit der Pumpe keinen negativen Einfluss hat.In a further development it is provided that the passage is designed to be pump-effective. This improves the overall pumping effect. However, practically no additional installation space is required, so this has no negative impact on the compactness of the pump.
Der Durchgang kann allgemein als Bohrung ausgebildet sein. Eine Pumpwirkung kann dem Durchgang beispielsweise auf einfache Weise verliehen werden, indem der Durchgang schräg, insbesondere als schräge Bohrung, ausgebildet ist, insbesondere schräg in Umfangs- und/oder Rotationsrichtung.The passage can generally be designed as a bore. A pumping effect can be imparted to the passage in a simple manner, for example, by the passage being designed obliquely, in particular as an oblique bore, in particular obliquely in the circumferential and / or rotational direction.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Seitenkanalpumpstufe einen Ringkanal und ein darin rotierendes Rotorelement aufweist, wobei zwischen dem Rotorelement und einem den Ringkanal definierenden Bauteil ein Spalt ausgebildet ist. Ein derartiger Spalt ist aufgrund von Lagetoleranzen des Rotors im Betrieb für dessen freie Rotation notwendig, auch wenn der Spalt konstruktiv stets möglichst klein ausgelegt wird, um eine möglichst geringe Leckage zu erreichen. Im und/oder benachbart zum Spalt, insbesondere außerhalb vom Ringkanal, kann eine pumpaktive Struktur vorgesehen sein, die eine Pumpwirkung entgegen einer Leckage aus dem Ringkanal durch den Spalt aufweist. Hierdurch wird die konstruktiv nicht vollständig vermeidbare Leckage verringert. Allerdings wird hier nicht wie oben beschrieben am Zielkonflikt zwischen Sicherheitsabstand von Rotor- und Statorelement einerseits und Dichtheit andererseits angesetzt. Vielmehr wird eine zusätzliche Maßnahme zur Verringerung der Rückleckage geschaffen. Diese benötigt zudem kaum eigenen Bauraum, sondern wird im Wesentlichen durch ohnehin vorgesehene Bauteile realisiert. Somit wird die Pumpperformance bei guter Kompaktheit weiter verbessert.For example, it can be provided that the side channel pump stage has an annular channel and a rotor element rotating therein, a gap being formed between the rotor element and a component defining the annular channel. Such a gap is necessary due to the position tolerances of the rotor during operation for its free rotation, even if the gap is always designed to be as small as possible in order to achieve the least possible leakage. A pump-active structure can be provided in and / or adjacent to the gap, in particular outside of the ring channel, which has a pumping action against leakage from the ring channel through the gap. This reduces the leakage that is not completely avoidable in terms of design. However, as described above, the conflict of objectives between the safety distance between the rotor and stator element on the one hand and tightness on the other hand is not used here. Rather, an additional measure to reduce the back leakage is created. In addition, this hardly requires its own installation space, but is essentially realized using components that are provided in any case. This further improves the pump performance with good compactness.
Bei der pumpaktiven Struktur kann es sich vorteilhaft um eine Holweckstruktur handeln. Diese wirkt vorteilhaft als Sperrstufe. Generell kann die pumpaktive Struktur entweder im Förderweg des Gases oder auf einem bloßen Leckagepfad angeordnet sein. Die pumpaktive Struktur kann z.B. zwischen zwei Pumpstufen und/oder auf einem Leckagepfad zu einem Motorbereich der Pumpe angeordnet sein. Insbesondere kann die pumpaktive Struktur auf einem Leckagepfad zwischen zwei Seitenkanalpumpstufen angeordnet sein.The pump-active structure can advantageously be a Holweck structure. This acts advantageously as a blocking stage. In general, the pump-active structure can be arranged either in the gas delivery path or on a mere leakage path. The pump active structure can e.g. be arranged between two pump stages and / or on a leakage path to a motor area of the pump. In particular, the active pump structure can be arranged on a leakage path between two side channel pump stages.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vakuumpumpe keine der wenigstens einen Holweckstufe vorgeschaltete, insbesondere überhaupt keine, Turbomolekularpumpstufe auf und/oder es sind ausschließlich Holweck- und Seitenkanalstufen vorhanden.In an advantageous embodiment, the vacuum pump does not have any turbomolecular pump stage upstream of the at least one Holweck stage, and in particular none at all, and / or there are only Holweck and side channel stages.
Generell kann die Vakuumpumpe vorteilhaft einen Einlassflansch aufweisen, der einen kleineren Durchmesser und/oder eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als wenigstens eine radial größte Holweckstufe. Generell kann der Einlassflansch bevorzugt an einem kegelförmig zulaufenden Gehäuseende ausgebildet sein. Z.B. kann der Einlassflansch als DN63-Flansch ausgebildet sein, wobei insbesondere wenigstens eine Holweckhülse, insbesondere die radial größte Holweckhülse, einen Durchmesser von wenigstens 80 mm, insbesondere wenigstens 85 mm, aufweist. Hierdurch wird eine besonders gute Pumpperformance bei kompakten Abmessungen und insbesondere bei kompakter Flanschverbindung erreicht.In general, the vacuum pump can advantageously have an inlet flange that has a smaller diameter and / or a smaller cross-sectional area than at least one radially largest Holweck stage. In general, the inlet flange can preferably be formed on a tapered housing end. E.g. the inlet flange can be designed as a DN63 flange, in particular at least one Holweck sleeve, in particular the radially largest Holweck sleeve, having a diameter of at least 80 mm, in particular at least 85 mm. This results in a particularly good pump performance with compact dimensions and in particular with a compact flange connection.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pumpe einen Vakuumanschluss zwischen zwei Pumpstufen, insbesondere zwischen Holweckpumpstufe und Seitenkanalpumpstufe und/oder zwischen zwei Seitenkanalpumpstufen, aufweist. Dieser Vakuumanschluss kann auch als Zwischenstufen- oder Interstage-Port bezeichnet werden. Am Vakuumanschluss können beispielsweise Betriebsparameter gemessen oder bestimmt werden, wie etwa Druck und/oder Saugvermögen. Der Vakuumanschluss kann aber beispielsweise auch als Zwischeneinlass verwendet werden, beispielsweise in einem Mehrkammer-Vakuumsystem. Der Vakuumanschluss bietet also eine besondere Flexibilität in der Anwendung der Pumpe, wobei aber kaum zusätzlicher Bauraum nötig ist, wobei die Pumpe also kompakt ausgeführt werden kann.According to a further embodiment it is provided that the pump has a vacuum connection between two pump stages, in particular between Holweck pump stage and side channel pump stage and / or between two side channel pump stages. This vacuum connection can also be referred to as an interstage or interstage port. At the vacuum connection, for example, operating parameters can be measured or determined, such as pressure and / or pumping speed. However, the vacuum connection can also be used, for example, as an intermediate inlet, for example in a multi-chamber vacuum system. The vacuum connection therefore offers particular flexibility in the use of the pump, but hardly any additional installation space is required, so that the pump can be made compact.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Vakuumsystem, insbesondere Massenspektrometriesystem, gelöst, welches umfasst: eine erste Vakuumkammer; eine Turbomolekularpumpe mit einem Einlass, der an der ersten Vakuumkammer angeschlossen ist; eine zweite Vakuumkammer, die insbesondere mit der ersten Kammer verbunden ist, insbesondere über eine Blende; eine Vakuumpumpe nach vorstehend beschriebener Art mit einem Vakuumanschluss zwischen Holweckpumpstufe und Seitenkanalpumpstufe, wobei die Vakuumpumpe einen Haupteinlass aufweist, der mit einem Auslass der Turbomolekularpumpe verbunden ist; wobei der Vakuumanschluss einen Zwischeneinlass bildet, der an der zweiten Vakuumkammer angeschlossen ist.The object of the invention is also achieved by a vacuum system, in particular mass spectrometry system, which comprises: a first vacuum chamber; a turbomolecular pump with an inlet connected to the first vacuum chamber; a second vacuum chamber, which is connected in particular to the first chamber, in particular via an aperture; a vacuum pump of the type described above with a vacuum connection between the Holweck pump stage and the side channel pump stage, the vacuum pump having a main inlet which is connected to an outlet of the turbomolecular pump is; wherein the vacuum connection forms an intermediate inlet which is connected to the second vacuum chamber.
Den Kammern wird hierdurch eine gute Pumpperformance bereitgestellt, wobei die Pumpanordnung, insbesondere die Boosterpumpe, und das Vakuumsystem insgesamt kompakt ausgebildet werden können.This provides the chambers with good pump performance, the pump arrangement, in particular the booster pump, and the vacuum system as a whole being compact.
Die Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, kann vorteilhafter Weise einen Auslass aufweisen, der mit einem Einlass einer Vorvakuumpumpe verbunden ist. Die Vorvakuumpumpe stößt insbesondere gegen Atmosphäre aus.The vacuum pump, in particular booster pump, can advantageously have an outlet which is connected to an inlet of a fore-vacuum pump. The backing pump emits particularly against the atmosphere.
Das Vakuumsystem kann z.B. eine dritte Vakuumkammer aufweisen, die insbesondere mit der zweiten Kammer verbunden sein kann. Der Einlass der Vorvakuumpumpe kann beispielsweise mit der dritten Kammer verbunden sein.The vacuum system can e.g. have a third vacuum chamber, which can in particular be connected to the second chamber. The inlet of the backing pump can for example be connected to the third chamber.
Bei dem Vakuumsystem bzw. Massenspektrometriesystem kann es sich insbesondere um ein Flüssigchromatographie-Massenspektrometriesystem (LC-MS von englisch "liquid chromatography-mass spectrometry) handeln, insbesondere um ein solches mit großer Gaslast. Bei einem LC-MS kommen die erfindungsgemäßen Vorteile besonders zur Geltung.The vacuum system or mass spectrometry system can, in particular, be a liquid chromatography-mass spectrometry system (LC-MS from English "liquid chromatography-mass spectrometry"), in particular one with a high gas load. The advantages according to the invention are particularly effective in an LC-MS .
Bei der Turbomolekularpumpe und der Vakuumpumpe, insbesondere Boosterpumpe, handelt es sich insbesondere um getrennte Pumpen mit getrennten Rotoren.The turbomolecular pump and the vacuum pump, in particular the booster pump, are in particular separate pumps with separate rotors.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine Boosterpumpe.
- Fig. 2
- zeigt einen in einem Rotorelementträger ausgebildeten Durchgang.
- Fig. 3
- zeigt eine weitere Boosterpumpe in einer Schnittansicht.
- Fig. 4
- zeigt den in
Fig. 3 gekennzeichneten Ausschnitt B in vergrößerter Ansicht. - Fig. 5
- zeigt den in
Fig. 3 gekennzeichneten Ausschnitt C in vergrößerter Ansicht. - Fig. 6
- zeigt die Boosterpumpe der
Fig. 3 in einer weiteren Schnittansicht, wobei die Schnittebene um die Rotorachse verdreht ist. - Fig. 7
- zeigt den in
Fig. 6 gekennzeichneten Ausschnitt G in vergrößerter Ansicht. - Fig. 8
- zeigt ein Mehrkammer-Vakuumsystem.
- Fig. 1
- shows a booster pump.
- Fig. 2
- shows a passage formed in a rotor element carrier.
- Fig. 3
- shows a further booster pump in a sectional view.
- Fig. 4
- shows the in
Fig. 3 marked section B in an enlarged view. - Fig. 5
- shows the in
Fig. 3 marked section C in an enlarged view. - Fig. 6
- shows the booster pump of the
Fig. 3 in a further sectional view, the section plane being rotated about the rotor axis. - Fig. 7
- shows the in
Fig. 6 marked section G in an enlarged view. - Fig. 8
- shows a multi-chamber vacuum system.
In
Der Einlass 14 ist von einem Trägerelement 16 überspannt, welches ein nicht näher dargestelltes Lagerelement 18 für einen Rotor 20 trägt. An einem dem Einlass abgewandten Ende ist eine weitere Lagerung für den Rotor 20 vorgesehen, die nicht gesondert dargestellt ist.The
Der Rotor 20 umfasst eine Rotorwelle 21, auf der ein Rotorelementträger 22 drehfest angeordnet ist, der zwei Rotorelemente 24 trägt. Der Rotorelementträger 22 bildet in dieser Ausführungsform ein auf der Rotorwelle 21 angeordnetes Nabenbauteil und ist hier separat von den Rotorelementen 24 und separat von der Rotorwelle 21 ausgeführt.The
Die Rotorelemente 24 bilden Rotorelemente von drei parallel geschalteten Holweckpumpstufen 25. Die Rotorelemente 24 wirken dabei mit zwei Statorelementen 26 der Holweckpumpstufen 25 zur Erzeugung einer Pumpwirkung zusammen.The
Die Rotorelemente 24 sind als Hülsen ausgebildet, die zum Beispiel aus einem Verbundwerkstoff hergestellt sein können und mit dem Rotorelementträger 22 bzw. dem Rotor 20 im Betrieb der Pumpe 10 rotieren. Die Statorelemente 26 weisen jeweils auf einer einem benachbarten Rotorelement 24 zugewandten Seite eine pumpaktive Struktur auf, nämlich ein sogenanntes Holweck-Gewinde 28.The
In
Das Trägerelement 16 ist, wie durch die Pfeile 30 angedeutet, gasdurchlässig ausgebildet. Zum Beispiel kann das Trägerelement 16 als mehrarmiger Stern ausgebildet sein, wobei das zu fördernde Gas durch Armzwischenräume vom Einlass 14 zu den Holweckstufen 25 hindurchtreten kann. Insbesondere wenigstens ein radial inneres Statorelement 26 kann am Trägerelement 16 gehalten bzw. von diesem getragen sein. Das äußere Statorelement 26 kann beispielsweise, wie dargestellt, ebenfalls vom Trägerelement 16 getragen sein oder beispielsweise vom Gehäuse 12 getragen sein.The
Wie mit einem weiteren Pfeil 32 angedeutet, kann auch radial innerhalb des inneren Statorelements 26 axial durch das Trägerelement 16 hindurchgetretenes Gas von der radial inneren Holweckstufe 25 in Richtung Auslass gefördert werden.As indicated by a
Das von der radial äußeren Holweckstufe 25 geförderte Gas wird am Rotorelementträger 22 vorbei zu einer ersten Seitenkanalpumpstufe 33 gefördert. Diese umfasst ein Rotorelement 34, welches in einem Ringkanal 36 rotiert. Von der ersten Seitenkanalstufe 33 wird das Gas über einen nicht dargestellten Übergang zu einer zweiten Seitenkanalpumpstufe 33 gefördert, die zu der ersten Seitenkanalpumpstufe 33 in Reihe geschaltet ist. Die Seitenkanalstufen 33 sind hier als radiale Seitenkanalstufen ausgebildet. Sie sind außerdem axial und radial versetzt angeordnet.The gas conveyed by the radially
Die radial inneren beiden Gasförderwege 30 der entsprechenden Holweckstufen 25 treten durch eine Mehrzahl von im Rotorelementträger 22 angeordneten Durchgängen 38 beim Austritt aus der entsprechenden Holweckstufe 25 hindurch. Dabei gelangt das Gas in einen Zwischenstufenbereich, von dem aus es in den ersten Ringkanal 36 bzw. die erste Seitenkanalstufe 33 eintreten und durch die Seitenkanalstufen 33 zum Auslass gefördert werden kann. Ein jeweiliger Durchgang 38 bildet dabei einen gemeinsamen Durchgang für die zwei radial inneren Holweckstufen 25. Die Durchgänge 38 sind als eine Mehrzahl von über den Rotorelementträger 22 in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Bohrungen ausgebildet.The radially inner two
In
In
Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen gemeinsamen Pumpenrotor 20, der einlass- bzw. ansaugseitig von einem Magnetlager 42 und an einem gegenüberliegenden Ende durch ein Wälzlager 44 gelagert ist. Die Pumpe 10 umfasst also eine Hybridlagerung für den Rotor 20. Für das Wälzlager 44 ist eine Filzschmierung vorgesehen, die ein Schmierölreservoir in Form eines Filzkörpers 45 sowie ein kegelförmiges Förderelement 46 für das Schmieröl aufweist. Der Rotor 20 ist durch einen Elektromotor 47 angetrieben.The
Das Magnetlager 42 ist durch ein Trägerelement 16, welches hier als Stern ausgebildet ist, getragen. Das Trägerelement 16 trägt außerdem ein radial inneres Statorelement 26 eines Satzes von parallel geschalteten Holweckstufen 25. Ein radial äußeres Statorelement 26 ist am Gehäuse 12 abgestützt und befestigt.The
Es sind zwei Rotorelemente 24 vorgesehen, die von einem Rotorelementträger 22 getragen sind. Zwischen den Rotorelementen 24 und dem jeweils gegenüberliegenden Statorelement 26 sind drei parallel geschaltete Holweckpumpstufen 25 ausgebildet. Ähnlich der oben beschriebenen Ausführungsform wird das von der radial äußeren Holweckstufe 25 geförderte Gas am Rotorelementträger 22 vorbei in einen Zwischenstufenbereich 48 gefördert und das von den radial inneren Holweckstufen 25 geförderte Gas tritt durch einen Durchgang 38 des Rotorelementträgers 22 hindurch, um in den Zwischenstufenbereich 48 zu gelangen.Two
Den Holweckstufen 25 bzw. dem Zwischenstufenbereich 48 nachgeschaltet sind zwei in Reihe geschaltete Seitenkanalpumpstufen 33 vorgesehen. Die Seitenkanalstufen 33 sind als axiale Seitenkanalstufen ausgebildet und axial und radial versetzt angeordnet.Downstream of the
Die Rotorelemente 34 einer jeweiligen Seitenkanalpumpstufe 33 sind durch einen Rotorelementträger 50 getragen, der in dieser Ausführungsform separat von der Rotorwelle 21 und vom Rotorelementträger 22 der Holweckstufen 25 ausgebildet ist. Der Rotorelementträger 50 bildet insbesondere ein Nabenbauteil, welches auf der Rotorwelle 21 angeordnet ist. Die Rotorelemente 34 sind über ein jeweiliges Zwischenelement 52 an dem Rotorelementträger 50 befestigt.The
Die Seitenkanalpumpstufen 33 besitzen in der dargestellten Ausführungsform also für ihre Rotorelemente 34 einen eigenen Träger 50. Dieser eigene Träger 50 kann alternativ beispielsweise an dem die Rotorelemente 24 tragenden Träger 22 angebracht sein (dieses Ausführungsbeispiel ist in den Figuren nicht dargestellt), und zwar insbesondere auf der Seite, welche den Rotorelementen 24 abgewandt ist. Generell können die Träger 22, 50 beispielsweise einteilig miteinander und/oder mit der Rotorwelle 21 ausgebildet sein. In
Die Vakuumpumpe 10 umfasst einen Vakuumanschluss 54, der mit dem Zwischenstufenbereich 48 verbunden ist. Hierzu weist das radial äußere Statorelement 26 einen in der Schnittansicht der
Der Vakuumanschluss 54 ist zwischen den Holweckstufen 25 und den Seitenkanalstufen 33 angeordnet und bildet einen Zwischenstufenanschluss. Er kann beispielsweise zum Messen oder Bestimmen von Betriebsparametern oder als Zwischenstufeneinlass, insbesondere in einem Mehrkammer-Vakuumsystem, eingesetzt werden, wie es anhand von
In
Die
Zwischen einem jeweiligen Rotorelement 34 und einem jeweiligen, den Ringkanal 36 definierenden Statorelement 56 der Seitenkanalstufe 33 sind zwei Spalte 58 vorgesehen, damit sich das Rotorelement 34 im Ringkanal 36 frei drehen kann. Durch diesen Spalt 58 kann eine gewisse Menge von zu förderndem Gas aus dem Ringkanal 36 austreten. Dies stellt grundsätzlich eine Leckage dar.Two
Um eine derartige Leckage zu verringern, kann beispielsweise im und/oder benachbart zum Spalt 58 eine pumpaktive Struktur vorgesehen sein. Insbesondere kann an einem statischen Bauteil ein Holweck-Gewinde vorgesehen sein, welches zum Beispiel mit einer im Wesentlichen glatten Umfangsfläche des Rotorelements 34 und/oder des Zwischenelements 52 zusammenwirken kann, um eine Pumpwirkung entgegen der Leckagerichtung zu bewirken. Derartige Holweck-Gewinde sind hier nicht dargestellt.In order to reduce such leakage, a pump-active structure can be provided, for example, in and / or adjacent to the
Ein Holweck-Gewinde könnte beispielsweise an einem Innenumfang des Statorelements 56 der radial äußeren Seitenkanalstufe 33 und/oder gegenüberliegend des radial inneren Zwischenelements 52 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise am Innenumfang des Gehäuses 12 und/oder gegenüberliegend des radial äußeren Zwischenelements 52 ein Holweck-Gewinde vorgesehen sein.A Holweck thread could, for example, be arranged on an inner circumference of the
Ein Holweck-Gewinde könnte beispielsweise auch an einer Außenumfangsfläche eines Motorgehäuses 60 ausgebildet sein und so beispielsweise mit einem Innenumfang des radial inneren Rotorelements 34 oder mit einer Verbundwerkstoff-Innenumfangsfläche pumpwirksam zusammenwirken. Hierdurch kann beispielsweise eine Leckage durch den entsprechenden Spalt 58 hin zum Elektromotor 47 verringert werden.A Holweck thread could, for example, also be formed on an outer circumferential surface of a
Eine vom Außenumfang des radial inneren Zwischenelements 52 bzw. des radial inneren Rotorelements 34 erzeugte Pumpwirkung wirkt einer Leckage von der inneren, in Reihe nachgeschalteten Seitenkanalstufe 33 zur radial äußeren Seitenkanalstufe 33 entgegen. Eine vom Außenumfang des radial äußeren Zwischenelements 52 bzw. des radial äußeren Rotorelements 34 erzeugte Pumpwirkung wirkt einer Rückleckage in den Zwischenstufenbereich 48 entgegen.A pumping effect generated by the outer circumference of the radially inner
Eine pumpaktive Struktur, insbesondere Holweck-Gewinde, zur Verminderung der Leckage kann allgemein beispielhaft unmittelbar an den beschriebenen Bauteilen oder an einem zusätzlichen Bauteil ausgebildet sein.A pump-active structure, in particular a Holweck thread, for reducing the leakage can generally be formed, for example, directly on the components described or on an additional component.
Die Zwischenelemente 52 können bevorzugt als Hülsen aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Sie sind vorzugsweise am Rotorelementträger 50 verklebt, insbesondere an einem jeweiligen Axialvorsprung desselben.The
Die Vakuumpumpe 10 der
An der Verbindung 62 ist außerdem ein weiterer Vakuumanschluss 64 angeschlossen. Dieser bildet einen weiteren Zwischenstufenanschluss zwischen zwei Pumpstufen, hier zwischen den beiden Seitenkanalstufen 33. Ebenso wie der Vakuumanschluss 54 kann dieser Vakuumanschluss 64 zum Beispiel als Messanschluss oder auch als Zwischenstufeneinlass Verwendung finden.A
In
Die Verbindung 62 ist im Wesentlichen durch zwei zueinander senkrechte Bohrungen in den Statorelementen 56 ausgebildet. Dabei ist der Vakuumanschluss 64 durch eine der beiden Bohrungen gebildet.The
In
Ein Auslass der Boosterpumpe 76 ist mit einem Einlass einer Vorvakuumpumpe 80 verbunden, die mit einem Auslass gegen Atmosphäre ausstößt. Die Vorvakuumpumpe 80 kann wie gestrichelt angedeutet mit einer dritten Vakuumkammer 82 verbunden sein, beispielsweise mit einem Einlass, mit dem auch die Boosterpumpe 76 verbunden ist, oder mit einem Zwischeneinlass. Auch eine Kombination hiervon ist denkbar.An outlet of the
Die Vakuumkammern 72, 78 und 82 können insbesondere über jeweilige Blenden miteinander verbunden sein und/oder einen lonenweg eines Massenspektrometers definieren. Im Betrieb des Vakuumsystems 70 herrscht dabei in der ersten Vakuumkammer 72 der im Vergleich zu den anderen Vakuumkammern 78 und 82 niedrigste Druck. Die Drücke in den Kammern 78 und 82 sind stufenweise größer. Es können beispielsweise auch weitere Kammern und/oder weitere Pumpen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann eine zwischen die Kammern 78 und 82 geschaltete, vierte Kammer vorgesehen sein, die an einen Vakuumanschluss zwischen zwei Seitenkanalpumpstufen angeschlossen ist, wie etwa an den Vakuumanschluss 64. Die zweite Kammer 78 kann an einem Vakuumanschluss zwischen Holweckstufen und Seitenkanalstufen, insbesondere den Vakuumanschluss 64, angeschlossen sein.The
- 1010th
- VakuumpumpeVacuum pump
- 1212th
- Gehäusecasing
- 1414
- Einlassinlet
- 1616
- TrägerelementCarrier element
- 1818th
- LagerelementBearing element
- 2020th
- Rotorrotor
- 2121
- RotorwelleRotor shaft
- 2222
- RotorelementträgerRotor element carrier
- 2424th
- RotorelementRotor element
- 2525th
- HolweckpumpstufeHolweck pump stage
- 2626
- StatorelementStator element
- 2828
- Holweck-GewindeHolweck thread
- 3030th
- Gasförderweg/PfeilGas production route / arrow
- 3232
- Gasförderweg/PfeilGas production route / arrow
- 3333
- SeitenkanalpumpstufeSide channel pump stage
- 3434
- RotorelementRotor element
- 3636
- RingkanalRing channel
- 3838
- DurchgangContinuity
- 4040
- EinlassflanschInlet flange
- 4242
- MagnetlagerMagnetic bearings
- 4444
- Wälzlagerroller bearing
- 4545
- FilzkörperFelt body
- 4646
- FörderelementConveyor element
- 4747
- ElektromotorElectric motor
- 4848
- ZwischenstufenbereichIntermediate range
- 5050
- RotorelementträgerRotor element carrier
- 5252
- ZwischenelementIntermediate element
- 5454
- VakuumanschlussVacuum connection
- 5656
- StatorelementStator element
- 5858
- Spaltgap
- 6060
- MotorgehäuseMotor housing
- 6262
- Verbindungconnection
- 6464
- VakuumanschlussVacuum connection
- 7070
- VakuumsystemVacuum system
- 7272
- erste Vakuumkammerfirst vacuum chamber
- 7474
- TurbomolekularpumpeTurbomolecular pump
- 7676
- BoosterpumpeBooster pump
- 7878
- zweite Vakuumkammersecond vacuum chamber
- 8080
- VorvakuumpumpeBacking pump
- 8282
- dritte Vakuumkammerthird vacuum chamber
Claims (15)
eine Holweckpumpstufe (25),
eine stromabwärts der Holweckpumpstufe (25) angeordnete Seitenkanalpumpstufe (33), und
einen Pumpenrotor (20), der einen gemeinsamen Pumpenrotor (20) von Holweckpumpstufe (25) und Seitenkanalpumpstufe (33) bildetVacuum pump (10), in particular booster pump, comprising
a Holweck pump stage (25),
a side channel pump stage (33) arranged downstream of the Holweck pump stage (25), and
a pump rotor (20) which forms a common pump rotor (20) of the Holweck pump stage (25) and side channel pump stage (33)
wobei Rotorelemente (24) der Holweckpumpstufe (25) einerseits und Rotorelemente (34) der Seitenkanalpumpstufe (33) andererseits unabhängig voneinander mit dem Pumpenrotor (20) oder mit einer Rotorwelle (21) des Pumpenrotors (20) verbunden sind.Vacuum pump (10) according to claim 1,
wherein rotor elements (24) of the Holweck pump stage (25) on the one hand and rotor elements (34) of the side channel pump stage (33) on the other hand are independently connected to the pump rotor (20) or to a rotor shaft (21) of the pump rotor (20).
wobei die Vakuumpumpe (10) wenigstens zwei parallel wirksame Holweckpumpstufen (25) aufweist,
vorzugweise wobei die Holweckpumpstufen (25) axial überlappend angeordnet sind.Vacuum pump (10) according to claim 1 or 2,
wherein the vacuum pump (10) has at least two Holweck pump stages (25) acting in parallel,
preferably wherein the Holweck pump stages (25) are arranged axially overlapping.
wobei die Holweckpumpstufen die gleiche Kompression aufweisen, vorzugsweise wobei jeweils das Saugvermögen der Holweckpumpstufen (25) in radialer Richtung von außen nach innen abnimmt.Vacuum pump (10) according to claim 3,
the Holweck pump stages having the same compression, preferably the suction capacity of the Holweck pump stages (25) decreasing in the radial direction from the outside inwards.
wobei die Vakuumpumpe (10) wenigstens zwei in Reihe wirksame Seitenkanalpumpstufen (33) aufweist.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
wherein the vacuum pump (10) has at least two side channel pump stages (33) effective in series.
wobei die Vakuumpumpe wenigstens zwei Seitenkanalpumpstufen (33) aufweist, die axial und radial zueinander versetzt angeordnet sind.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
wherein the vacuum pump has at least two side channel pump stages (33) which are arranged axially and radially offset from one another.
wobei für den Pumpenrotor (20) an einem ansaugseitigen Ende des Rotors (20) eine Magnetlagerung (42) und an einem anderen Ende eine Wälzlagerung (44) vorgesehen sind.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
A magnetic bearing (42) is provided for the pump rotor (20) at one end of the rotor (20) on the suction side and a roller bearing (44) is provided at another end.
wobei die Vakuumpumpe (10) einen Einlass (14) und ein den Einlass überspannendes, statisches Bauteil (16) aufweist, wobei ein Statorelement (26) der wenigstens einen Holweckpumpstufe (25) von diesem Bauteil (16) getragen ist,
wobei insbesondere das Bauteil (16) ein Träger für ein Lagerelement (42) ist.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
wherein the vacuum pump (10) has an inlet (14) and a static component (16) spanning the inlet, a stator element (26) of the at least one Holweck pump stage (25) being carried by this component (16),
wherein in particular the component (16) is a carrier for a bearing element (42).
wobei ein Rotorelement (24) wenigstens einer Pumpstufe (25) von einem Rotorelementträger (22) getragen ist und wobei der Rotorelementträger (22) einen Durchgang (38) für ein von dem Rotorelement (24) gefördertes oder zu förderndes Gas aufweist.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
wherein a rotor element (24) of at least one pump stage (25) is carried by a rotor element carrier (22) and wherein the rotor element carrier (22) has a passage (38) for a gas conveyed or to be conveyed by the rotor element (24).
wobei der Durchgang (38) pumpwirksam ausgebildet ist.Vacuum pump (10) according to claim 9,
wherein the passage (38) is pump-effective.
wobei die Seitenkanalpumpstufe (33) einen Ringkanal (36) und ein darin rotierendes Rotorelement (34) aufweist, wobei zwischen dem Rotorelement (34) und einem den Ringkanal (36) definierenden Bauteil (56) ein Spalt (58) ausgebildet ist,
wobei im und/oder benachbart zum Spalt (58) eine pumpaktive Struktur vorgesehen ist, die eine Pumpwirkung entgegen einer Leckage aus dem Ringkanal (36) durch den Spalt (58) aufweist.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
wherein the side channel pump stage (33) has an annular channel (36) and a rotor element (34) rotating therein, a gap (58) being formed between the rotor element (34) and a component (56) defining the annular channel (36),
wherein a pump-active structure is provided in and / or adjacent to the gap (58), which has a pumping action against leakage from the annular channel (36) through the gap (58).
wobei die pumpaktive Struktur auf einem Leckagepfad zwischen zwei Seitenkanalpumpstufen (33) angeordnet ist.Vacuum pump (10) according to claim 11,
wherein the active pump structure is arranged on a leakage path between two side channel pump stages (33).
wobei ein Vakuumanschluss zwischen zwei Pumpstufen vorgesehen ist.Vacuum pump (10) according to one of the preceding claims,
a vacuum connection being provided between two pump stages.
eine Turbomolekularpumpe (74) mit einem Einlass, der an der ersten Vakuumkammer (72) angeschlossen ist,
eine zweite Vakuumkammer (78),
eine Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 13, die einen Haupteinlass (14) aufweist, der mit einem Auslass der Turbomolekularpumpe (74) verbunden ist,
wobei der Vakuumanschluss (54, 64) einen Zwischeneinlass bildet, der an der zweiten Vakuumkammer (78) angeschlossen ist.Vacuum system (70), in particular mass spectrometry system, comprising a first vacuum chamber (72),
a turbomolecular pump (74) with an inlet which is connected to the first vacuum chamber (72),
a second vacuum chamber (78),
a vacuum pump (10) according to claim 13 having a main inlet (14) connected to an outlet of the turbomolecular pump (74),
wherein the vacuum connection (54, 64) forms an intermediate inlet which is connected to the second vacuum chamber (78).
wobei die Vakuumpumpe (10) einen Auslass aufweist, der mit einem Einlass einer Vorvakuumpumpe (80) verbunden ist.Vacuum system (70) according to claim 14,
wherein the vacuum pump (10) has an outlet which is connected to an inlet of a backing pump (80).
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EP19191378.9A EP3623634B1 (en) | 2019-08-13 | 2019-08-13 | Vacuum pump comprising a holweck pump stage and two side channel pump stages |
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EP (1) | EP3623634B1 (en) |
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