EP3730802B1

EP3730802B1 - Flanschelement

Info

Publication number: EP3730802B1
Application number: EP19170677.9A
Authority: EP
Inventors: Robert Watz; Jan Hofmann
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: EP3730802A1; JP2020193619A; JP7177113B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Flanschelement zur Anordnung zwischen zwei Vakuumgeräten, insbesondere zwischen zwei jeweils einem Vakuumgerät zugeordneten Flanschen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei den Aufnahmen kann es sich um Durchgangsöffnungen oder um Sacklöcher handeln.
Ein derartiges Flanschelement ist aus US 2009/0081056 A1 bekannt. Zum Stand der Technik wird außerdem auf US 2002/172589 A1 , JP 2006-037930 A und US 2005/244219 A1 verwiesen.
Die Erfindung betrifft also ein separates Flanschelement, d.h. keinen Flanschabschnitt, der einen integralen oder einstückigen Bestandteil eines Vakuumgerätes, z.B. eines Pumpen- oder Kammergehäuses, darstellt. Derartige separate Flanschelemente sind grundsätzlich bekannt und dienen z.B. als sogenannte Übergangsflansche dazu, eine Vakuumpumpe mit einem auch als Vakuumkammer bezeichneten Rezipient zu verbinden. Die Pumpe kann beispielsweise einen größeren Flansch aufweisen als der Rezipient, oder umgekehrt. In einer derartigen Anordnung wird der Übergangsflansch auch als Reduzierflansch oder Reduzierstück bezeichnet, da der Gaseinlass der Pumpe und der Gasauslass des Rezipienten unterschiedlich große Querschnittsflächen, insbesondere also unterschiedlich große Durchmesser, aufweisen und sich somit der Strömungsquerschnitt für das abzupumpende Gas beim Übergang zwischen Rezipient und Pumpe reduziert. Pumpe und Rezipient können am Übergang aber auch den gleichen Durchmesser aufweisen. Ein in diesem Fall zwischen Pumpe und Rezipient angeordneter Übergangsflansch wird dann nicht als Reduzierflansch oder Reduzierstück, sondern beispielsweise als Adapterflansch oder Adapterstück - oder einfach als Adapter - bezeichnet.
Unabhängig davon, ob die beiden vakuumtechnisch miteinander zu verbindenden Vakuumgeräte am Übergang gleiche oder unterschiedliche Durchmesser - oder allgemein ausgedrückt gleiche oder unterschiedliche freie Querschnittsflächen - aufweisen, muss vor allem beim Einsatz von mit hohen Drehzahlen betriebenen Vakuumgeräten wie insbesondere Turbomolekularvakuumpumpen, grundsätzlich aber auch bei anderen Vakuumpumpen, gewährleistet sein, dass in einem sogenannten Crashfall die Verbindung zwischen Pumpe und Rezipient nicht abreißt.
Bei einem Crashfall wird die Drehbewegung der rotierenden Einheit der Vakuumpumpe schlagartig unterbrochen. Die Rotationsenergie muss folglich von der Verbindung zwischen Pumpe und Rezipient aufgenommen werden, d.h. die Verbindung zwischen dem Pumpenflansch und dem Kammerflansch muss so ausgelegt sein, dass sie die im Crashfall entstehenden Crashmomente aufnehmen kann, ohne dass es zu einem Abriss der Pumpe von der Kammer kommt.
Im Stand der Technik sind vielfältige Maßnahmen zur Sicherstellung der Crashsicherheit bekannt. Eine bekannte Maßnahme besteht darin, zumindest an einem der beteiligten Flansche, typischerweise am Pumpenflansch, die Durchgangsöffnungen für die Befestigungsschrauben jeweils mit einer sogenannten Schraubenfreistellung zu versehen. Hierbei werden die Durchgangsöffnungen jeweils über einen Teil ihrer axialen Länge mit einem vergrößerten Durchmesser versehen, d.h. die Schrauben sind in diesem axialen Bereich der Durchgangsöffnungen von dem umgebenden Material des Flansches freigestellt, was zur Folge hat, dass in einem Crashfall sich die Befestigungsschrauben bewegen können und so die Maximalbelastung reduziert wird. Hierdurch wird das Crashmoment reduziert oder - anders ausgedrückt - zeitlich in die Länge gezogen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Crashsicherheit von Verbindungen zwischen zwei Vakuumgeräten, insbesondere zwischen einer Turbomolekularvakuumpumpe und einem Rezipienten, weiter zu erhöhen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß sind zumindest einige, insbesondere alle, Aufnahmen der Gruppe jeweils als eine Sicherheitsaufnahme ausgebildet.
Erfindungsgemäß dient das Flanschelement also nicht bloß als Adapter oder Reduzierstück zwischen den beiden Vakuumgeräten, sondern das erfindungsgemäße Flanschelement ist zusätzlich mit einer Sicherheitsfunktion versehen. Die ohnehin zur Befestigung an einem Vakuumgerät erforderlichen Aufnahmen werden erfindungsgemäß dazu genutzt, die Crashsicherheit zu erhöhen. Durch die Ausgestaltung der Aufnahmen kann insbesondere erreicht werden, dass sich in einem Crashfall die Befestigungselemente bewegen können und so die Maximalbelastung reduziert wird, wodurch das Crashmoment reduziert wird.
Insbesondere sind die Aufnahmen derart ausgeführt, dass sie hinsichtlich einer oder mehrerer Abmessungen von der für das jeweilige Befestigungselement normalerweise erforderlichen Ausgestaltung abweichen. Beispielsweise bei Aufnahmen, die als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, können diese gemäß der Erfindung von einer rein kreiszylindrischen Form abweichen, wie sie für das Hindurchführen von üblichen Befestigungselementen wie z.B. Befestigungsschrauben eigentlich genügen würde. So kann z.B. über einen Teil der axialen Länge der Durchgangsöffnung eine sogenannte Freistellung für das Befestigungselement vorgesehen sein, worauf nachstehend näher eingegangen wird. Eine Reduzierung des Crashmomentes kann aber auch auf andere Art und Weise durch eine spezielle Ausgestaltung der Aufnahmen erfolgen, d.h. eine Schraubenfreistellung ist nicht die einzige Möglichkeit, die ohnehin benötigten Aufnahmen mit einer Sicherheitsfunktion zu versehen. So können beispielsweise die Aufnahmen jeweils als ein in Umfangsrichtung verlaufendes Langloch ausgebildet sein, dessen radiale Abmessung auf den Durchmesser des jeweiligen Befestigungselementes abgestimmt, dessen Abmessung in Umfangsrichtung aber größer als die radiale Abmessung ist. Der durch diese Erweiterung entstehende Raum kann mit einem Material gefüllt werden, das von dem Material des Ringabschnitts verschieden ist. So kann z.B. ein Metallschaum zum Ausfüllen dieses Raumes verwendet werden. In Umfangsrichtung gesehen ist dieses Material auf derjenigen Seite des für das Einführen des Befestigungselements vorgesehenen Bereiches angeordnet, zu der in einem Crashfall das Befestigungselement getrieben wird, so dass das Befestigungselement im Crashfall mit dem Material in der in Umfangsrichtung erweiterten Aufnahme zusammenwirken kann, um so das Crashmoment zu reduzieren.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Flanschelement dann, wenn es in einem Vakuumsystem eingesetzt wird, bei dem einer der weiteren beteiligten Flansche, insbesondere der Pumpenflansch, ebenfalls mit Sicherheitsaufnahmen für Befestigungselemente versehen ist, insbesondere mit Durchgangsöffnungen. In einem solchen System sind dann mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende Sicherheitsfunktionen gewissermaßen in Reihe geschaltet - das erfindungsgemäße Flanschelement und der ebenfalls mit Sicherheitsaufnahmen versehene Pumpenflansch. Aufgrund der erfindungsgemäßen Sicherheitsaufnahmen in den Aufnahmen des Flanschelements kann das Vakuumsystem insgesamt größere Crashmomente aufnehmen, sodass die Crashsicherheit insgesamt erhöht ist.
Grundsätzlich können in einem Vakuumsystem mehrere erfindungsgemäße Flanschelemente axial aufeinanderfolgend miteinander verbunden, gewissermaßen also in Reihe geschaltet werden, d.h. zwischen zwei vakuumtechnisch miteinander zu verbindenden Vakuumgeräten können zwei oder mehr erfindungsgemäße Sicherheitsflanschstücke axial aufeinanderfolgend angeordnet sein.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das zusätzliche Sicherheitsmerkmal des Flanschelementes keine zusätzliche axiale Baulänge benötigt, da die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich die Ausgestaltung der Aufnahmen als Sicherheitsaufnahmen, keine derartige axiale Vergrößerung des Flanschelementes erfordert.
Bevorzugt handelt es sich bei den Sicherheitsaufnahmen um Durchgangsöffnungen. Grundsätzlich können sie aber auch als Sacklöcher ausgebildet sein. Auch gemischte Gruppen von Sicherheitsaufnahmen mit Durchgangsöffnungen und Sacklöchern sind prinzipiell möglich
Gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel weisen die Sicherheitsaufnahmen jeweils einen Basisabschnitt mit einem Basisdurchmesser und einen Erweiterungsabschnitt mit einem gegenüber dem Basisdurchmesser vergrößerten Durchmesser auf. Der Basisabschnitt und der Erweiterungsabschnitt können in axialer Richtung der Aufnahme unmittelbar aufeinanderfolgen. Es können grundsätzlich aber auch ein oder mehrere unterschiedlich ausgebildete Übergangsabschnitte dazwischen vorgesehen sein.
Die ohnehin zur Befestigung an einem Vakuumgerät erforderlichen Aufnahmen werden in diesem Ausführungsbeispiel dazu genutzt, die Crashsicherheit zu erhöhen, indem zumindest an einigen Aufnahmen jeweils eine sogenannte Freistellung der Befestigungselemente vorgesehen ist. Diese Sicherheitsfunktion lässt sich ohne Vergrößerung der axialen Baulänge und mit minimalem Mehraufwand bei der Herstellung des Flanschelementes implementieren. Es sind nämlich lediglich die ohnehin für die Befestigungselemente im Ringabschnitt herzustellenden Aufnahmen über einen Teil ihrer axialen Länge radial zu erweitern. Hierzu ist pro Aufnahme nur ein einziger zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich.
Die Erfindung betrifft außerdem ein System mit zumindest einem erfindungsgemäßen Flanschelement und einer Mehrzahl von identischen Befestigungselementen, wobei die Sicherheitsaufnahmen jeweils in zumindest einem Abschnitt eine Form oder Abmessung aufweisen, die von der entsprechenden Form oder Abmessung des Befestigungselementes verschieden ist. Für ein solches System wird auch separat Schutz beansprucht. Insbesondere ist in dem zumindest einen Abschnitt in wenigstens einer Richtung eine Abmessung der Aufnahme größer als die entsprechende Abmessung des Befestigungselementes. Bei den vorstehend erwähnten Freistellungen ist z.B. jeweils der Durchmesser im Erweiterungsabschnitt größer als der Durchmesser des Befestigungselementes. Bei den vorstehend erwähnten Langlöchern ist jeweils die Abmessung in Umfangsrichtung größer als der Durchmesser des Befestigungselementes.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Vakuumsystem mit zumindest einem erfindungsgemäßen Flanschelement, mit wenigstens einem Vakuumgerät, insbesondere einer Vakuumpumpe oder einem Rezipienten, und mit mehreren Befestigungselementen, wobei das Flanschelement mittels der Befestigungselemente, die jeweils mit einer der Aufnahmen des Flanschelementes zusammenwirken, an dem Vakuumgerät befestigbar oder befestigt ist.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Aufnahmen zumindest einer Gruppe, insbesondere die Anzahl der Sicherheitsaufnahmen, größer als die für das Vakuumgerät erforderliche Mindestanzahl von Aufnahmen. Insbesondere beträgt die Anzahl der Aufnahmen ein ganzzahliges Vielfaches der Mindestanzahl. In der Praxis kann dies zum Beispiel bedeuten, dass eine Vakuumpumpe oder deren Flansch eine sogenannte ISO-Größe aufweist, wobei diese ISO-Größe an einem Gegenflansch, hier also an dem erfindungsgemäßen Flanschelement, eine bestimmte Anzahl und Anordnung - auch als Bohrbild bezeichnet - von Aufnahmen für Befestigungselemente erfordert oder zumindest vorschlägt. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung besitzt dann das Flanschelement mehr Bohrungen als erforderlich bzw. vorgeschlagen, z.B. (aber nicht zwingende) ein ganzzahliges Vielfaches dieser Anzahl. Wenn beispielsweise eine einschlägige Norm für einen sogenannten DN250-Durchmesser eine Anzahl von 12 Befestigungsschrauben verlangt und das erfindungsgemäße Flanschelement aber ein Bohrbild mit 24 oder 36 Bohrungen aufweist, dann kann bei der Montage die betreffende Vakuumpumpe in Umfangsrichtung entsprechend feiner justiert oder ausgerichtet werden. So können zum Beispiel in radialer Richtung abstehende Bauteile wie z.B. ein Sperrgasventil oder ein Vorvakuum-Flansch genauer positioniert werden.
Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Vakuumsystem zwei Vakuumgeräte, zwischen denen das erfindungsgemäße Flanschelement angeordnet ist oder angeordnet werden kann. Insbesondere ist eines der Vakuumgeräte eine Vakuumpumpe, bevorzugt eine Turbomolekularvakuumpumpe, und das andere Vakuumgerät ist ein mittels der Vakuumpumpe zu evakuierender Rezipient (im Folgenden auch Vakuumkammer genannt).
Erfindungsgemäß weist das Flanschelement zwei Gruppen von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Aufnahmen auf, wobei die eine Gruppe dem einen Vakuumgerät und die andere Gruppe dem anderen Vakuumgerät zugeordnet ist. Eine oder beide Gruppen von Aufnahmen können in erfindungsgemäßer Weise freigestellt sein, d.h. die jeweiligen Aufnahmen können in erfindungsgemäßer Weise jeweils einen Basisabschnitt mit einem Basisdurchmesser und einen Erweiterungsabschnitt mit einem gegenüber dem Basisdurchmesser vergrößerten Durchmesser aufweisen.
In einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei den Aufnahmen zur Befestigung an der Vakuumpumpe um nicht freigestellte Sackbohrungen mit Innengewinde, wohingegen die Aufnahmen zur Befestigung am Rezipient jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet und in erfindungsgemäßer Weise freigestellt sind. Dabei ist bevorzugt der Erweiterungsabschnitt mit dem vergrößerten Durchmesser dem Rezipienten bzw. dem Flansch des Rezipienten zugewandt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Flanschelementes und auch des erfindungsgemäßen Vakuumsystems sind in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Vorzugsweise sind die im Ringabschnitt des Flanschelements ausgebildeten Sicherheitsaufnahmen jeweils als eine Durchgangsöffnung ausgebildet, durch welche ein Befestigungselement hindurchführbar ist. Bei dem Befestigungselement handelt es sich insbesondere um eine Schraube mit einem Bolzenabschnitt, der zumindest an seinem Endbereich mit einem Außengewinde versehen ist, und mit einem Schraubenkopf. Im mit einem Vakuumgerät bzw. einem Flansch eines Vakuumgeräts verbundenen Zustand ist die Anordnung des Flanschelementes bevorzugt derart, dass der Basisabschnitt einer jeweiligen Sicherheitsaufnahme dem Schraubenkopf und der Erweiterungsabschnitt dem Vakuumgerät bzw. dem Flansch des Vakuumgerätes zugewandt ist.
Erfindungsgemäß sind zwei Gruppen von jeweils in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Aufnahmen für Befestigungselemente vorgesehen, wobei die eine Gruppe dem einen Vakuumgerät und die andere Gruppe dem anderen Vakuumgerät zugeordnet ist. Die Aufnahmen beider Gruppen können jeweils als Durchgangsöffnungen oder als Sackbohrungen ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht aber vor, dass die Aufnahmen der einen Gruppe als Durchgangsöffnungen und die Aufnahmen der anderen Gruppe als Sackbohrungen ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße Freistellung der Aufnahmen ist dabei vorzugsweise an den Durchgangsöffnungen vorgesehen. Zusätzlich können aber auch die Sackbohrungen jeweils mit einer Freistellung versehen sein.
Dementsprechend ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass die Aufnahmen der einen Gruppe jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sind, durch welche ein Befestigungselement hindurchführbar ist, und die Aufnahmen der anderen Gruppe jeweils als Sackloch, insbesondere mit Innengewinde, ausgebildet sind, in welches ein Befestigungselement einführbar, insbesondere einschraubbar, ist.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ringabschnitt des Flanschelementes im Bereich einer der zwei Gruppen, insbesondere im Bereich der Gruppe von jeweils als Sackloch ausgebildeten Aufnahmen, eine größere axiale Dicke aufweist als im Bereich der anderen Gruppe. Hierdurch ist sichergestellt, dass ausreichend lange Befestigungselemente zum Einsatz kommen können. Von Vorteil ist hierbei insbesondere, dass beim Anwender bereits vorhandene Standardschrauben mit vorgegebener axialer Länge trotz Verwendung eines erfindungsgemäßen Flanschelements weiterbenutzt werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die zwei Gruppen eine innere Gruppe und eine äußere Gruppe, wobei die innere Gruppe auf einer Kurve, insbesondere einem Kreis, liegt, die überall radial innerhalb einer Kurve, insbesondere einem Kreis, gelegen ist, auf der die äußere Gruppe liegt. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Aufnahmen der inneren Gruppe jeweils als Sackloch, insbesondere mit Innengewinde, und die Aufnahmen der äußeren Gruppe jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sind.
In der Vakuumtechnik zum Einsatz kommende Flansche sind typischerweise kreisförmig. Bevorzugt handelt es sich bei dem Ringabschnitt des erfindungsgemäßen Flanschelementes folglich um einen Kreisringabschnitt, der eine Ebene definiert, auf der eine Mittelachse senkrecht steht, die sich durch den von dem Kreisringabschnitt begrenzten Durchlass erstreckt. Die beiden Gruppen von Aufnahmen liegen in einem solchen bevorzugten Ausführungsbeispiel auf konzentrischen Kreisen um diese Mittelachse.
Unabhängig von dieser konkreten Ausgestaltung schlägt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, dass die innere Gruppe von Aufnahmen einem als Vakuumpumpe, insbesondere als Turbomolekularpumpe, ausgebildeten Vakuumgerät zugeordnet ist, während die äußere Gruppe von Aufnahmen einem Vakuumgerät zugeordnet ist, das als mittels der Vakuumpumpe zu evakuierenden Rezipient ausgebildet ist.
Die beiden Gruppen von Aufnahmen können die gleiche Anzahl von Aufnahmen aufweisen, beispielsweise jeweils 12, 24 oder 36 Aufnahmen. Dies ist aber nicht zwingend. Die Anzahl der Aufnahmen in der äußeren Gruppe kann von der Anzahl der Aufnahmen der inneren Gruppe verschieden sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die zwei Gruppen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, wobei insbesondere jeweils eine Aufnahme der einen Gruppe in Umfangsrichtung, insbesondere mittig, zwischen zwei Aufnahmen der anderen Gruppe angeordnet ist.
Durch einen Versatz zwischen den zwei Gruppen kann die Zugänglichkeit der für die Aufnahmen vorgesehenen Befestigungselemente am Einbauort erleichtert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind bei den Sicherheitsaufnahmen der Basisabschnitt und der Erweiterungsabschnitt jeweils kreiszylindrisch ausgebildet.
Vorzugsweise ist bei den Sicherheitsaufnahmen jeweils zwischen dem Basisabschnitt und dem Erweiterungsabschnitt ein, insbesondere konischer, Übergangsabschnitt vorgesehen, dessen Innendurchmesser sich vom Basisdurchmesser am Basisabschnitt auf den größeren Durchmesser am Erweiterungsabschnitt vergrößert.
Was die Herstellung der Sicherheitsaufnahmen anbetrifft, so ist bevorzugt vorgesehen, dass diese jeweils durch ein Verfahren hergestellt sind, bei dem zunächst mittels eines ersten Werkzeugs im Ringabschnitt eine Durchgangsbohrung mit dem Basisdurchmesser hergestellt und anschließend diese Durchgangsbohrung ausgehend von einer Seite des Ringabschnitts über einen Teil ihrer Länge mittels eines zweiten, von dem ersten Werkzeug verschiedenen Werkzeugs auf den vergrößerten Durchmesser erweitert wird, wobei insbesondere mittels des zweiten Werkzeugs bei der Erweiterung der Durchgangsbohrung gleichzeitig ein konischer Übergangsabschnitt zwischen dem von dem verbleibenden Teil der Durchgangsbohrung gebildeten Basisabschnitt und dem den vergrößerten Durchmesser aufweisenden Erweiterungsabschnitt gebildet wird.
Für ein solches Herstellungsverfahren wird auch separat Schutz beansprucht.
Des Weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine Stirnseite, insbesondere jede der beiden Stirnseiten, des Ringabschnitts vollständig von einer ebenen, vorzugsweise plan geschliffenen, Dichtfläche zur Anlage einer Dichtung gebildet ist. Dies erfordert zwar eine größere Sorgfalt beim Umgang mit dem Flanschelement, vereinfacht jedoch dessen Herstellung, da keine gegenüber den Dichtflächen vorstehenden Schonflächen vorhanden sein müssen, d.h. die Dichtflächen nicht als zurückgesetzte Flächen ausgebildet werden müssen.
Die maximale Dicke des Ringabschnitts liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 15 mm und 35 mm.
Wie vorstehend erwähnt, kann es von Vorteil sein, im Bereich einer Gruppe von jeweils als Sackbohrung ausgebildeten Aufnahmen den Ringabschnitt des Flanschelements mit einer größeren axialen Dicke zu versehen, um ausreichend lange Befestigungsschrauben einsetzen zu können. In diesem Fall befindet sich die maximale axiale Dicke des Ringabschnitts folglich in dem Bereich der Sackbohrungen. Beispielweise kann die axiale Dicke im Bereich von als freigestellte Durchgangsöffnungen ausgebildeten Aufnahmen ungefähr 20 mm betragen, wohingegen im Bereich von nicht freigestellten Sackbohrungen die axiale Dicke etwa 26 mm betragen kann. Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

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: verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Flanschelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7, 8 und 9: jeweils verschiedene Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flanschelementes,
Fig. 10: ein erfindungsgemäßes Vakuumsystem in einer Adaptervariante mit einem Flanschelement zwischen zwei Vakuumgeräten gleichen wirksamen Durchmessers, und
Fig. 11: ein erfindungsgemäßes Vakuumsystem in einer Reduziervariante mit einem erfindungsgemäßen Flanschelement zwischen zwei Vakuumgeräten unterschiedlichen wirksamen Durchmessers.

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 (siehe z.B. Fig. 3) 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 185 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- bzw. 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.
Das in Fig. 6 dargestellte erfindungsgemäße Flanschelement 11 umfasst einen einstückigen, beispielsweise aus Edelstahl hergestellten Kreisringabschnitt, der z.B. einen Außendurchmesser von 425 mm aufweisen kann. Ein kreisförmiger Durchlass des Flansches 11 besitzt beispielsweise einen Durchmesser von 261 mm.
Ein innerer, den Durchlass 17 begrenzender Bereich 33 besitzt eine axiale Dicke, die größer ist als die axiale Dicke in einem radial äußeren Bereich 35, der sich radial unmittelbar an den inneren Bereich 33 anschließt. Die axiale Dicke des inneren Bereiches 33 kann beispielsweise 26 mm betragen, wohingegen die axiale Dicke des äußeren Bereiches 35 beispielsweise 20 mm beträgt.
Die hier vorstehend und auch nachstehend genannten Abmessungen und auch die Verhältnisse der Abmessungen untereinander sind aber nicht zwingend. Das erfindungsgemäße Flanschelement kann in grundsätzlich beliebigen Größen vorgesehen sein.
Im äußeren Bereich 35 des Ringabschnitts 19 sind zwölf in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen 21 ausgebildet, die jeweils in Form einer freigestellten Durchgangsöffnung vorgesehen sind, welche nachstehend näher anhand der vergrößerten Schnittdarstellung A-A unten in Fig. 6 beschrieben wird. Die Mittelachsen der Sicherheitsaufnahmen 21 liegen auf einem Kreis um eine durch den Durchlass 17 verlaufende Mittelachse 45 des Ringabschnitts 19, wobei der Kreis beispielsweise einen Durchmesser von 395 mm aufweist.
Ebenfalls auf einem Kreis um die Mittelachse 45 liegen die Mittelachsen von im inneren Bereich 33 des Ringabschnitts 19 ausgebildete Aufnahmen 31, die jeweils als Sackbohrung ausgebildet sind. Die Sackbohrungen 31 gehen jeweils von derjenigen Seite des Flansches 11 aus, auf der die Stufe zwischen dem inneren Bereich 33 größerer axialer Dicke und dem äußeren Bereich 35 kleinerer axialer Dicke ausgebildet ist. Auf der anderen Seite des Flansches 11 schließen beide Bereiche 33, 35 bündig miteinander ab. Diese Stirnseite 22 des Flansches 11 ist als eine plan geschliffene Dichtfläche 22 ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches 11 wird dessen Stirnseite 32 von dem Bereich 33 größerer axialer Dicke gebildet. Diese Stirnseite 32 ist ebenfalls als plan geschliffene Dichtfläche ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Flanschelement 11 zeichnet sich dadurch aus(vgl. insbesondere die Schnittdarstellung A-A unten in Fig. 6), dass die im äußeren Bereich 35 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 21 keinen konstanten Innendurchmesser aufweisen. Vielmehr umfasst jede Durchgangsöffnung 21 einen Basisabschnitt 23 mit einem Basisdurchmesser sowie einen Erweiterungsabschnitt 25 mit einem gegenüber dem Basisdurchmesser vergrößerten Durchmesser. Der Basisdurchmesser beträgt beispielsweise 14 mm, wohingegen der vergrößerte Durchmesser des Erweiterungsabschnitts beispielsweise 25 mm beträgt.
Durch das im Einleitungsteil beschriebene Herstellungsverfahren ergibt sich zwischen Erweiterungsabschnitt 25 und Basisabschnitt 23 ein konischer Übergangsabschnitt 24 mit einem Öffnungswinkel von beispielsweise 118 Grad. Dieser Übergangsabschnitt 24 kann beispielsweise mittels eines Zylinderfräsers oder eines Bohrers mit entsprechend gestalteter Bearbeitungsspitze hergestellt werden, nachdem in einem vorhergehenden Arbeitsschritt eine Durchgangsöffnung mit dem Basisdurchmesser hergestellt worden ist. Der nach Herstellung des Erweiterungsabschnitts 25 verbleibende Teil dieser anfänglichen Durchgangsbohrung bildet dann den Basisabschnitt 23 der jeweiligen erfindungsgemäßen Sicherheitsaufnahme 21.
Der Erweiterungsabschnitt 25 wird dabei an derjenigen Seite des Flansches 11 ausgebildet, die jener Flanschseite gegenüberliegt, von welcher die im inneren Bereich 33 größerer axialer Dicke ausgebildeten Sackbohrungen 31 ausgehen. Mit anderen Worten weisen die Sackbohrungen 31 mit ihren Öffnungen einerseits und die Durchgangsöffnungen 21 mit ihren Erweiterungsabschnitten 25 andererseits in entgegengesetzte axiale Richtungen.
In Fig. 6 nicht dargestellte Befestigungselemente, insbesondere Befestigungsschrauben, die durch den Basisabschnitt 23 einer jeweiligen Sicherheitsaufnahme 21 hindurchgeführt werden können, sind folglich im Bereich des jeweiligen Erweiterungsabschnitts 25 aufgrund des dort vergrößerten Innendurchmessers freigestellt. Hieraus resultiert die im Einleitungsteil erläuterte erhöhte Crashfestigkeit der Schraubverbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Flanschelement und einem Vakuumgerät, weshalb die Durchgangsöffnungen 21 auch als Sicherheitsaufnahmen bezeichnet werden und das erfindungsgemäße Flanschelement auch als Sicherheitsflanschstück bezeichnet wird.
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 7, 8 und 9 unterscheiden sich durch die Anzahl der Sicherheitsaufnahmen 21 und der Sackbohrungen 31 bzw. durch die Relativanordnung dieser zwei Gruppen von Aufnahmen 21, 31, wobei das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fig. 6 entspricht und Fig. 8 zusätzliche Darstellungen dieses Flanschelements zeigt.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 umfasst die innere Gruppe von Aufnahmen zwölf in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, also jeweils um 30° in Umfangsrichtung beabstandete Sackbohrungen 31. Auch die äußere Gruppe von Aufnahmen umfasst zwölf hier wiederum als Sicherheitsaufnahmen in Form von Durchgangsöffnungen 21 ausgebildete Aufnahmen, die jeweils die gleiche Winkellage wie eine der inneren Sackbohrungen 31 aufweisen. Mit anderen Worten sind die zwei Gruppen von Aufnahmen 31, 21 hier nicht in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet.
Dagegen ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 eine versetzte Positionierung der zwei Gruppen von Aufnahmen 31, 21 vorgesehen. Dabei ist jeweils eine Sackbohrung 31 in Umfangsrichtung mittig zwischen zwei äußeren Sicherheitsaufnahmen 21 angeordnet. Wie bereits erwähnt, kann hierdurch die Zugänglichkeit der jeweiligen Befestigungselemente am Einbauort erleichtert werden.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 zeigt eine Variante, bei der die Anzahl sowohl der inneren Sackbohrungen 31 als auch der äußeren Sicherheitsaufnahmen 21 jeweils vierundzwanzig beträgt. Sowohl die inneren Sackbohrungen 31 als auch die äußeren Sicherheitsaufnahmen 21 sind wiederum in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet. Ein Versatz in Umfangsrichtung zwischen den zwei Gruppen von Aufnahmen 31, 21 ist hier nicht vorgesehen, gleichwohl aber gemäß einer hier nicht dargestellten abgewandelten Ausführungsform möglich.
Die größere Anzahl von Aufnahmen 31, 21 erhöht die Flexibilität bei der Montage. Der Anwender kann diejenigen Aufnahmen 31, 21 auswählen, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten am Einbauort für ihn gut zugänglich sind.
Abgesehen von den erwähnten Unterschieden sind die Flanschelemente 11 der einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele jeweils so ausgebildet, wie es in Verbindung mit Fig. 6 erläutert worden ist.
Die Fig. 10 und 11 zeigen zwei unterschiedliche Anwendungen für erfindungsgemäße Flanschelemente. In beiden Fällen ist ein erfindungsgemäßes Flanschelement 11 zwischen einer Vakuumkammer 13, die einen Flansch 13a aufweist, und einer Turbomolekularpumpe 15 angeordnet, die einen Flansch 15a aufweist. Die Pumpe 15 kann so ausgebildet sein, wie es vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschrieben worden ist.
Die Vakuumkammer (Rezipient) 13 und die Vakuumpumpe 15 besitzen einlass- bzw. auslassseitig den gleichen Innendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Durchlasses 17 des erfindungsgemäßen Flanschelementes 11 entspricht. Das Flanschelement 11 dient hier folglich nicht als sogenanntes Reduzierstück, sondern als Adapter zwischen Pumpe 15 und Vakuumkammer 13 bzw. zwischen den betreffenden Flanschen 15a, 13a.
Die Verbindung zwischen Flanschelement 11 und Flansch 13a der Vakuumkammer 13 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Sechskantschrauben 27 mit Unterlegscheiben, deren Kopf an der vom Flanschelement 11 abgewandten Seite des Pumpenflansches 13a über die Unterlegscheibe anliegt. Auf der vom Flanschelement 11 abgewandten Seite des Kammerflansches 13a stehen die Schrauben 27 jeweils mit einer Mutter 39 mit Unterlegscheibe in Eingriff.
Zwischen Kammerflansch 13a und Flanschelement 11 ist ein Zentrierring 41 angeordnet, der mit einer Dichtung 26 beispielsweise in Form eines elastisch verformbaren O-Rings versehen ist, der an der Dichtfläche 22 des Bereiches 33 kleinerer axialer Dicke des Flanschelementes 11 und an einer gegenüberliegenden Dichtfläche am Kammerflansch 13a anliegt.
Die Befestigung der Pumpe 15 am Flanschelement 11 und somit - über das Flanschelement 11 - an der Vakuumkammer 13 erfolgt mittels sogenannter Dehnschrauben 37, deren mit einem Bund versehener Kopf jeweils an der vom erfindungsgemäßen Flanschelement 11 abgewandten Seite des Pumpenflansches 15a anliegt und die jeweils in eine der Sackbohrungen 31 des Flanschelements 11 geschraubt sind.
Auch zwischen dem Flanschelement 11 und dem Pumpenflansch 15a ist ein Zentrierring 43 angeordnet, der mit einer Dichtung 36 beispielsweise in Form eines elastischen O-Ringes versehen ist, welcher an der Dichtfläche 32 am Bereich 33 größerer axialer Dicke des Flanschelements 11 und an einer gegenüberliegenden Dichtfläche am Pumpenflansch 15a anliegt.
Nicht nur die erfindungsgemäßen Sicherheitsaufnahmen 21 am Flanschelement 11, sondern auch die Durchgangsöffnungen im Pumpenflansch 15a für die Schrauben 37 sind jeweils mit Schraubenfreistellungen versehen.
In einem Crashfall können die auftretenden Momente folglich sowohl über die Verbindung zwischen Pumpe 15 und Flanschelement 11 als auch über die Verbindung zwischen Flanschelement 11 und Kammer 13 aufgenommen werden, sodass insofern in axialer Richtung aufeinanderfolgend zwei Sicherheitseinrichtungen vorhanden sind, die gemeinsam gewährleisten, dass in einem Crashfall die Pumpe 15 mit der Kammer 13 verbunden bleibt.
Fig. 11 zeigt, dass das erfindungsgemäße Flanschelement 11 auch als Reduzierstück eingesetzt werden kann, indem es zwischen einer Pumpe 15 und einer Kammer 13 angeordnet wird, deren einlass- bzw. auslassseitigen Durchmesser unterschiedlich groß sind. Im dargestellten Beispiel ist der Durchmesser der Vakuumkammer 13 größer als der Durchmesser am Gaseinlass der Pumpe 15, welcher wiederum dem Innendurchmesser des Durchlasses 17 des erfindungsgemäßen Flanschelements 11 entspricht.
Ein weiterer Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 10 besteht hier darin, dass für die Schrauben 27 zur Befestigung des Flanschelements 11 an der Kammer 13 diese mit Sacklöchern versehen ist, in welche die Befestigungsschrauben 27 geschraubt sind. Des Weiteren ist zwischen Kammer 13 und Flanschelement 11 kein Zentrierring vorgesehen, sondern eine O-Ring-Dichtung 26 ist in eine an der Stirnseite des Kammerflansches 13a ausgebildete Nut eingelegt.
Die Erfindung stellt folglich ein Sicherheitsflanschelement bereit, das sowohl eine Adapterfunktion (Fig. 10) als auch eine Reduzierfunktion (Fig. 11) erfüllen kann und sich durch eine einfache und kostengünstige Herstellung, durch eine geringe axiale Länge und insbesondere durch die vorstehend erläuterten Schraubenfreistellungen an den Durchgangsöffnungen 21 auszeichnet, durch welche die Crashsicherheit eines zumindest einen erfindungsgemäßen Sicherheitsflansch umfassenden Vakuumsystems erhöht ist.

Bezugszeichenliste

11: Flanschelement
13: Vakuumgerät, Rezipient
15: Vakuumgerät, Vakuumpumpe
17: Durchlass
19: Ringabschnitt
21: Sicherheitsaufnahme, Durchgangsöffnung
22: Stirnseite, Dichtfläche
23: Basisabschnitt
24: Übergangsabschnitt
25: Erweiterungsabschnitt
26: Dichtung
27: Befestigungselement
31: Aufnahme, Sackloch
32: Stirnseite, Dichtfläche
33: Bereich größerer axialer Dicke
35: Bereich kleinerer axialer Dicke
36: Dichtung
37: Befestigungselement
39: Mutter
41: Zentrierring
43: Zentrierring
45: Mittelachse
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

Claims

Flanschelement (11) zur Anordnung zwischen zwei Vakuumgeräten (13, 15), insbesondere zwischen zwei jeweils einem Vakuumgerät (13, 15) zugeordneten Flanschen (13a, 15a), mit einem einen Durchlass (17) begrenzenden Ringabschnitt (19), in dem eine erste Gruppe von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, insbesondere auf einem Kreis liegenden, Aufnahmen (21) für Befestigungselemente (27) ausgebildet ist, wobei zumindest einige, insbesondere alle, Aufnahmen (21) der ersten Gruppe jeweils als eine Sicherheitsaufnahme (21) ausgebildet sind, und wobei eine zweite Gruppe in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Aufnahmen (31) für Befestigungselemente (37) vorgesehen ist, wobei eine der zwei Gruppen dem einen Vakuumgerät (13) und die andere Gruppe dem anderen Vakuumgerät (15) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringabschnitt (19) im Bereich (33) einer der zwei Gruppen eine größere axiale Dicke aufweist als im Bereich (35) der anderen Gruppe.
Flanschelement nach Anspruch 1,
wobei die Aufnahmen (31) der Gruppe, in deren Bereich (33) der Ringabschnitt (19) die größere axiale Dicke aufweist, jeweils als Sackloch, insbesondere mit Innengewinde, ausgebildet sind, in welches ein Befestigungselement (37) einführbar, insbesondere einschraubbar, ist.
Flanschelement nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Sicherheitsaufnahmen (21) jeweils einen Basisabschnitt (23) mit einem Basisdurchmesser und einen Erweiterungsabschnitt (25) mit einem gegenüber dem Basisdurchmesser vergrößerten Durchmesser umfassen.
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Sicherheitsaufnahmen (21) jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sind, durch welche ein Befestigungselement (27) hindurchführbar ist.
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Aufnahmen (21) der ersten Gruppe jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sind, durch welche ein Befestigungselement (27) hindurchführbar ist, und die Aufnahmen (31) der zweiten Gruppe jeweils als Sackloch, insbesondere mit Innengewinde, ausgebildet sind, in welches ein Befestigungselement (37) einführbar, insbesondere einschraubbar, ist.
Flanschelement nach Anspruch 5,
wobei der Ringabschnitt (19) im Bereich der Gruppe von jeweils als Sackloch ausgebildeten Aufnahmen (31) die größere axiale Dicke aufweist.
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zwei Gruppen eine innere Gruppe und eine äußere Gruppe umfassen, wobei die innere Gruppe auf einer Kurve, insbesondere einem Kreis, liegt, die überall radial innerhalb einer Kurve, insbesondere einem Kreis, gelegen ist, auf der die äußere Gruppe liegt, wobei bevorzugt die Aufnahmen (31) der inneren Gruppe jeweils als Sackloch, insbesondere mit Innengewinde, und die Aufnahmen (21) der äußeren Gruppe jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sind.
Flanschelement nach Anspruch 7,
wobei die innere Gruppe einem als Vakuumpumpe (15), insbesondere als Turbomolekularpumpe, ausgebildeten Vakuumgerät zugeordnet ist und die äußere Gruppe einem Vakuumgerät zugeordnet ist, das als mittels der Vakuumpumpe (15) zu evakuierender Rezipient (13) ausgebildet ist.
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zwei Gruppen die gleiche Anzahl von Aufnahmen (21, 31) aufweisen, insbesondere 12, 24 oder 36 Aufnahmen (21, 31).
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zwei Gruppen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei insbesondere jeweils eine Aufnahme (31) einer der zwei Gruppen in Umfangsrichtung, insbesondere mittig, zwischen zwei Aufnahmen (21) der anderen Gruppe angeordnet ist.
Flanschelement nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
wobei bei den Sicherheitsaufnahmen (21) der Basisabschnitt (23) und der Erweiterungsabschnitt (25) jeweils kreiszylindrisch ausgebildet sind.
Flanschelement nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
wobei bei den Sicherheitsaufnahmen (21) jeweils zwischen dem Basisabschnitt (23) und dem Erweiterungsabschnitt (25) ein, insbesondere konischer, Übergangsabschnitt (24) vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser sich vom Basisdurchmesser am Basisabschnitt (23) auf den größeren Durchmesser am Erweiterungsabschnitt (25) vergrößert.
Flanschelement nach einem der Ansprüche 3 bis 12,
wobei die Sicherheitsaufnahmen (21) jeweils durch ein Verfahren hergestellt sind, bei dem zunächst mittels eines ersten Werkzeugs im Ringabschnitt (19) eine Durchgangsbohrung mit dem Basisdurchmesser hergestellt und anschließend diese Durchgangsbohrung ausgehend von einer Seite des Ringabschnitts (19) über einen Teil ihrer Länge mittels eines zweiten, von dem ersten Werkzeug verschiedenen Werkzeugs auf den vergrößerten Durchmesser erweitert wird, wobei insbesondere mittels des zweiten Werkzeugs bei der Erweiterung der Durchgangsbohrung gleichzeitig ein konischer Übergangsabschnitt (24) zwischen dem von dem verbleibenden Teil der Durchgangsbohrung gebildeten Basisabschnitt (23) und dem den vergrößerten Durchmesser aufweisenden Erweiterungsabschnitt (25) gebildet wird.
Flanschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine Stirnseite (22, 32), insbesondere jede der beiden Stirnseiten (22, 32), des Ringabschnitts (19) vollständig von einer ebenen, insbesondere plan geschliffenen, Dichtfläche zur Anlage einer Dichtung (26, 36) gebildet ist, und/oder
wobei der Ringabschnitt (19) eine maximale axiale Dicke zwischen 15mm und 35mm aufweist.
Vakuumsystem mit zumindest einem Flanschelement (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Vakuumgerät (13, 15), insbesondere einer Vakuumpumpe oder einem Rezipient, und mit mehreren Befestigungselementen (27, 37), wobei das Flanschelement (11) mittels der Befestigungselemente (27, 37), die jeweils mit einer der Aufnahmen (21 des Flanschelementes (11) zusammenwirken, an dem Vakuumgerät (13, 15) befestigbar oder befestigt ist, wobei bevorzugt die Anzahl der Aufnahmen zumindest einer Gruppe, insbesondere die Anzahl der Sicherheitsaufnahmen, größer ist als die für das Vakuumgerät erforderliche Mindestanzahl von Aufnahmen.