EP3851680B1 - Molekularvakuumpumpe und verfahren zum beeinflussen des saugvermögens einer solchen - Google Patents

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EP3851680B1
EP3851680B1 EP20217527.9A EP20217527A EP3851680B1 EP 3851680 B1 EP3851680 B1 EP 3851680B1 EP 20217527 A EP20217527 A EP 20217527A EP 3851680 B1 EP3851680 B1 EP 3851680B1
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EP
European Patent Office
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pump
blocking element
inlet
vacuum pump
molecular vacuum
Prior art date
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Active
Application number
EP20217527.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3851680A1 (de
Inventor
Max Birkenfeld
Jan Hofmann
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Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum Technology AG filed Critical Pfeiffer Vacuum Technology AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps

Definitions

  • the present invention relates to a molecular vacuum pump, a method for influencing the pumping speed of a molecular vacuum pump, a leak detector with a molecular vacuum pump and the use of a molecular vacuum pump for searching for a leak in a vacuum system.
  • This task is solved by a method according to claim 1.
  • This serves to influence the pumping speed, in particular an internal pumping speed, of a molecular vacuum pump, which comprises at least one molecular pumping stage, by means of which a gaseous medium can be conveyed along a flow path from an inlet to an outlet of the molecular vacuum pump, the pumping stage having a pumping direction and transverse to the pumping direction has a passage cross section.
  • the pumping speed is influenced at a first point in the flow path of the molecular vacuum pump, namely by providing a blocking element at a second point in the flow path of the molecular vacuum pump, different from the first point, through which the passage cross section is locally reduced.
  • An idea underlying the invention is a targeted weakening of the suction speed at the second point in order to specifically influence the suction speed at another point, namely the first point.
  • the provision of the blocking element allows the suction speed at the second point to be specifically influenced.
  • a blocking element has a particularly simple structure and can be produced inexpensively, so that the targeted influence on the suction speed at the second point can be achieved using particularly simple means.
  • the suction speed at the second point is not completely arbitrary due to the blocking element at the first point, i.e. H. is not infinitely adjustable. Rather, the pumping speed at the second point is typically limited by various circumstances, in particular the other structure of the molecular vacuum pump.
  • the suction speed at the second point can only be reduced by the blocking element at the first point. Even though a generally high suction speed is often desired in many vacuum applications, reducing the suction speed at the second point may also be necessary or advantageous in special vacuum applications.
  • the method according to the invention can also increase the backflow of the gaseous medium as a whole or for individual gas components.
  • the blocking element By locally reducing the passage cross section, the blocking element causes in particular a local reduction in the conductance at the second point.
  • the blocking element is a static element and/or is arranged on a stator of the pump, since changing the design of the rotor would generally be significantly more complex, particularly due to dynamic forces on the rotor.
  • the invention can therefore be implemented by modifying an existing pump without changing its rotor to have to.
  • a blocking element can also be arranged on the rotor, for example.
  • the first place where the pumping speed should be influenced can, for example, be an inlet area of the molecular vacuum pump.
  • the first point can be different from an inlet region of a first or only inlet of the molecular vacuum pump in the pumping direction.
  • the first point is in particular not at a so-called high vacuum inlet.
  • the first point can preferably be arranged, for example, at an intermediate inlet.
  • the first point can also be provided outside of all inlet areas, for example.
  • the first point can be located within a housing of the molecular vacuum pump and/or within an envelope of pump-active elements.
  • a suction speed that is effective there is referred to as the internal suction speed.
  • the first point can in particular be provided in an area which is arranged within the housing and is directly connected to an inlet - that is, without an intermediate pump-active element. You can also talk about the internal suction speed at the inlet, which should be influenced. This applies in particular to an intermediate entry.
  • the first point can, according to the invention, be provided in an axial region of an inlet or intermediate inlet or an internal pumping speed in the axial region of the inlet can be influenced.
  • an intermediate inlet can be designed, for example, as a recess in the housing of a turbomolecular pump stage.
  • This recess has a conductance that influences the suction speed of the intermediate inlet itself.
  • this conductance has no influence in the axial area of the intermediate inlet within the housing. This is where the internal suction speed prevails.
  • the goal here can be, in particular, to influence the internal suction speed at the relevant inlet.
  • influencing the internal suction speed at the inlet can fundamentally also influence the suction speed of the inlet itself.
  • the blocking element is provided within a pump stage. This means that the pump stage has a pump-active element both upstream and downstream of the blocking element.
  • the blocking element is in particular not arranged at the end of the relevant pump stage.
  • several first digits can also be provided, i.e. H. the suction speed can be influenced in several places.
  • several blocking elements can be provided at a respective second location, for example to influence the suction speed at a first location or at several first locations.
  • the second location is spaced from the first location.
  • the second point can preferably be arranged downstream of the first point.
  • the blocking element influences the suction speed in a simple and advantageous manner upstream of the same or the first point.
  • the, in particular internal, suction speed is influenced at the first point in such a way that there is a difference and/or a ratio between one partial pumping speed, in particular internal partial pumping speed, for a first gas and a partial pumping speed, in particular internal partial pumping speed, for a second gas is increased.
  • the blocking element can influence the partial suction speeds for different gases in different ways at the first point.
  • the partial suction speeds can be specifically influenced so that the difference or the ratio between two partial suction speeds for different gases is as large as possible.
  • the quantitative ratio of the first gas flowing back against the pumping direction to the second gas flowing back changes in particular.
  • a kind of selection can be implemented. The larger the difference, the stronger the selection.
  • this idea and thus the invention also relates to a method for increasing the difference and/or a ratio between a partial pumping speed for a first gas and a partial pumping speed for a second gas, comprising a method of the type described above.
  • the difference can be increased effectively in particular when the first and second gas have a different molar mass.
  • the first gas can preferably have a molar mass of more than 10 g/mol, in particular more than 20 g/mol.
  • the first gas can be, for example, nitrogen, hereinafter also referred to as N2.
  • Nitrogen has a molar mass of approximately 28 g/mol.
  • the first gas can also be air, for example.
  • the second gas can preferably have a molar mass of less than 10 g/mol, in particular less than 5 g/mol.
  • the second gas can be, for example, helium, hereinafter also referred to as He. Helium has a molar mass of approximately 4 g/mol.
  • the second gas can also be, for example be hydrogen. Hydrogen has a molar mass of approximately 2 g/mol.
  • the second gas can be, for example, a test gas for leak detection.
  • the increase in the difference in the signed sense means that the partial pumping speed for a first gas is greater than the partial pumping speed for a second gas by the highest possible value.
  • the goal is also to ensure that the difference does not take on a negative sign.
  • partial suction speeds for three or more gases can also be advantageously influenced in their difference and/or in relation to one another by the blocking element according to the invention.
  • the first point is arranged within a housing of the molecular vacuum pump, in a region directly connected to an inlet and/or in an axial region of an inlet.
  • the inlet can preferably be an intermediate inlet.
  • the second point or the blocking element is arranged outside an inlet area, in particular outside of all inlet areas.
  • the second point or the blocking element is provided within a housing of the molecular vacuum pump.
  • the second point or the blocking element can be provided within a pump stage. This takes advantage of the fact that the blocking element in its immediate vicinity can cause a quite drastic local reduction in the suction speed. If the second digit in one Inlet area is arranged, this can lead to the suction speed at the relevant inlet being greatly reduced, which is often not desirable.
  • the blocking element is arranged at a certain distance from the inlet, the suction speed at this inlet can be influenced without a drastic reduction. This proves to be particularly advantageous in connection with the targeted influence of a difference or a ratio between partial suction speeds. Often it is not just the difference or ratio of the partial pumping speeds that is of interest, but also the level of the partial pumping speed in itself.
  • the blocking element is designed such that a partial suction speed for a first gas and a partial suction speed for a second gas at the second point are at least essentially the same.
  • the blocking element has a pump-active structure. Simulations have shown that the difference in the partial suction speed at the first point can be increased particularly significantly through this further development. A deviation of at most 2 liters per second (L/s), preferably at most 1 L/s, is to be understood as being essentially the same.
  • the object of the invention is also achieved by a molecular vacuum pump according to the independent claim directed thereto.
  • a molecular vacuum pump with at least one molecular pump stage, by means of which a gaseous medium can be conveyed along a flow path from an inlet to an outlet of the molecular vacuum pump, the pump stage being one Pumping direction and transverse to the pumping direction has a passage cross section, with a, in particular static, blocking element being provided, through which the passage cross section is locally reduced.
  • the molecular vacuum pump comprises an intermediate inlet which is arranged within the pump stage.
  • an intermediate inlet can also be arranged between two pump stages.
  • a molecular vacuum pump with an intermediate inlet is also called a split-flow pump.
  • the blocking element is arranged in the pumping direction after an inlet, in particular after an intermediate inlet, preferably in a pumping stage which is arranged downstream of a first pumping stage in the pumping direction.
  • the blocking element is arranged outside an inlet area. This means that at least one pump-active element is arranged in the pumping direction between the relevant inlet and the blocking element.
  • the blocking element can therefore be spaced in particular from an inlet area.
  • the blocking element can preferably be arranged outside each inlet area or not in an inlet area and/or can be spaced apart from all inlets.
  • the blocking element can also be arranged outside one or each outlet area.
  • a blocking element in an inlet area, in particular immediately in front of an inlet area, of a molecular vacuum pump can serve to guide the inflowing gaseous medium and prevent backflow against the pumping direction to reduce.
  • the blocking element is arranged outside the inlet area, at the inlet in particular the, in particular internal, suction speed for different gases can be influenced differently and in particular a difference and / or a ratio of a partial suction speed for a first gas to a partial suction speed for a second gas increase. This also influences the probability with which a given gas molecule flows back against the pumping direction, but not directly through a conductive function of the blocking element, but rather by influencing the suction speed at a first point through the blocking element at a second point.
  • the blocking element therefore has a kind of long-distance effect with regard to the local suction speed at other points in the flow path. If the partial suction speeds for different gases are influenced differently at one point within the housing, the proportions of the different gases in the return flow in particular change. This ultimately achieves a selection of the different gases. The gases in question cannot be completely separated from each other in this way. Nevertheless, for certain applications it can be advantageous to change the proportions of gases in the return flow - even if only slightly.
  • the blocking element is arranged within a pump stage, i.e. between two pump-active elements of the pump stage.
  • the blocking element can be arranged in the pumping direction between two inlets or between an inlet and an outlet.
  • the blocking element is closed over an angular range with respect to a rotation axis of a pump rotor, specifically over an angular range of more than 180°, in particular more than 270°.
  • the blocking element has a pump-active structure.
  • the pump-active structure can in particular have a number, in particular an effective number, of pump-active features and/or passages between pump-active features, the number preferably being at least 1 and/or at most 10. This range has proven to be particularly advantageous with regard to the highest possible difference in partial suction speed at the first point. A maximum number of 4 has also proven to be particularly advantageous.
  • the molecular vacuum pump can preferably comprise at least one of or any combination of turbomolecular pumping stage, Holweck pumping stage and/or Siegbahn pumping stage.
  • the pump stages can in particular be connected in series.
  • the pump stages in particular have rotors or rotor sections that are arranged on a common rotor shaft, or are preferably driven by a common rotor shaft.
  • the blocking element is arranged within a turbomolecular pump stage, a Holweck pump stage or a Siegbahn pump stage.
  • a pump-active element is formed by a turbo rotor disk or a turbo stator disk.
  • a pump-active feature is formed by a turbo rotor blade or a turbo stator blade.
  • a pump-active element is formed by an axial section with respect to a rotation axis of a pump rotor, with Holweck webs being arranged distributed over the, in particular at least essentially the entire, circumference in this axial section.
  • a pump-active feature is formed by a Holweck web section.
  • a pump-active element is formed by a radial section with respect to a rotation axis of a pump rotor, with Siegbahn webs distributed over the, in particular at least substantially entire, circumference in this radial section.
  • a pump-active feature is formed by a victory track web section.
  • the blocking element can, for example, also be arranged in one of several pump stages, in particular in order to influence the suction speed at a point, in particular a point within the housing that is directly connected to an inlet, which is arranged in or at another pump stage. It can therefore be provided, for example, that the molecular vacuum pump has a Holweck pump stage, within which a blocking element is arranged, the suction speed being influenced at an intermediate inlet, which is arranged within a turbomolecular pump stage upstream of the Holweck pump stage or between two turbomolecular pump stages upstream of the Holweck pump stage.
  • the blocking element is arranged between two pump stages, in particular between a Holweck pump stage and a turbomolecular pump stage. This can also serve to influence the pumping speed at an intermediate inlet which is arranged within a turbomolecular pump stage upstream of the Holweck pump stage or between two turbomolecular pump stages upstream of the Holweck pump stage.
  • the blocking element can also be provided, for example, between two inlets, in particular between two intermediate inlets.
  • the blocking element can be arranged in a pump stage, before and after which an inlet or intermediate inlet is provided.
  • a blocking element between two inlets can, for example, ensure that the compression of the pump stage changes or is influenced between the inlets. This influences the pressure ratio between the relevant inlets.
  • the blocking element can be made of sheet metal, in particular if the blocking element is arranged in or on a turbomolecular pump stage.
  • the blocking element can, for example, include pump-active features, e.g. turbostator blades, which are produced by stamping and/or bending.
  • the blocking element can be designed, for example, as a transverse wall which blocks one or more Holweck grooves or Siegbahn grooves.
  • several or all Holweck or Siegbahn grooves of a pump stage can be closed at an axial or radial position by a web perpendicular to the pumping direction, with only one groove or only individual grooves being designed normally - ie open.
  • the blocking element can basically be designed, for example, as a panel.
  • the invention further relates to a leak detector comprising a molecular vacuum pump of the type described above and a detection device, in particular for a test gas.
  • the advantages according to the invention can be exploited particularly effectively in a leak detector.
  • the leak detector can preferably be designed as a countercurrent leak detector.
  • Helium or hydrogen can preferably be used as the test gas - especially in the case of hydrogen, for example in the form of a gas mixture which contains the test gas or hydrogen.
  • the detection device can be designed, for example, as a mass spectrometer.
  • the molecular vacuum pump of the leak detector comprises a first inlet and an intermediate inlet, the first inlet being connected to the detection device and the intermediate inlet being connected or connectable to a vacuum system to be examined for leaks.
  • the blocking element is provided downstream of the intermediate inlet, with at least one pump-active element being provided in the pumping direction between the intermediate inlet and the blocking element.
  • the blocking element is therefore arranged in particular outside the area of the intermediate inlet and/or spaced apart from it.
  • the invention further relates to the use of a molecular vacuum pump of the type described above for searching for a leak in a vacuum system.
  • a passage cross section is the open area within a pumping stage measured in cross section at a selected location along the pumping direction or flow path. The passage cross section is therefore in particular due to the The sum of the openings in the cross section in question is formed, through which gas particles to be conveyed can pass.
  • the passage cross section refers in particular to a cross section at a selected point along the rotor axis, with the cutting plane in particular running perpendicular to the rotor axis.
  • the passage cross section of the pump stage is defined in particular by one or more stator elements, in the case of a turbomolecular pump stage in particular stator disks, namely in particular one or more stator elements which are arranged upstream or downstream of the blocking element in the pumping direction.
  • the pump stage can basically have a variable passage cross section along its axial extent. The local reduction caused by the blocking element is crucial.
  • the passage cross section is only reduced by the blocking element, but not completely blocked.
  • the blocking element can, for example, cover part of the passage cross section. It therefore remains possible to convey gas through the pump stage past the blocking element and, for example, to a next pump stage.
  • the passage cross section is therefore formed in particular by the open area of a cross section through a rotor of the pump in the area of the pump stage.
  • a passage cross section of a turbostator disk is limited, for example, radially outwards by a radially outer boundary of the turbostator blades. Inwards, the passage cross section is limited by a radially inner boundary of the turbostator blades, namely by a so-called blade base.
  • the passage cross section has open sections separated in the circumferential direction by the blades. The same applies to a turbo rotor or a turbo rotor disk.
  • the passage cross-section is, for example, to the outside or limited on the inside by a base of several Holweck grooves.
  • the passage cross section is limited in particular by a Holweck rotor.
  • the passage cross section has open sections separated in the circumferential direction by Holweck webs, namely the Holweck grooves.
  • the passage cross section in a Holweck pump stage essentially corresponds to the sum of the cross sections of the Holweck grooves. The same applies to Siegbahn pump stages in the radial direction.
  • the passage cross section through the blocking element can be reduced by at least 25%, in particular at least 50%, more preferably at least 75%, in particular based on the cross-sectional area of the passage cross section of the pump stage before and/or after the blocking element.
  • an intermediate inlet of a multistage molecular vacuum pump is also referred to as an “interstage port” and a molecular vacuum pump with such an intermediate inlet is also referred to as a “splitflow pump”.
  • the passage cross section through the blocking element can be locally asymmetrical, in particular with respect to a rotor axis of the pump stage.
  • the blocking element can be arranged such that on a side of a rotor shaft of the pump stage facing the intermediate inlet, the blocking element blocks a larger proportion of the passage cross section than on a side of the rotor facing away from the intermediate inlet, or vice versa.
  • the blocking element can be arranged on a side of the rotor shaft facing or away from the intermediate inlet.
  • the blocking element can only be arranged in a partial angular range with respect to the rotor axis, which in particular can be assigned or not assigned to the intermediate inlet.
  • the blocking element can change the passage cross section, for example block an area that lies radially between the rotor axis and the intermediate inlet.
  • the blocking element is designed to be impermeable at least in a peripheral section assigned or not assigned to the intermediate inlet, in particular essentially only in this peripheral section.
  • a region radially opposite the intermediate inlet or a region radially facing the intermediate inlet can in particular be designed to be permeable and pump-active.
  • the stator can be particularly permeable and generally designed like a “normal” stator.
  • the geometry of the blocking element can, for example, be changeable. Depending on the selected geometry, different performance in terms of suction speed can be set.
  • the blocking element is designed as a wall and/or as a continuous surface element and/or extends transversely to the pumping direction.
  • the blocking element can extend in particular perpendicular and/or transversely to the pumping direction and/or to the rotor axis.
  • a surface element or a wall can, for example, be arranged parallel to a boundary of the intermediate inlet and/or obliquely or perpendicularly with respect to a rotor axis.
  • the blocking element extends in the radial direction only over a part of the passage cross section of the pump stage, in particular in relation to the adjacent, in particular upstream and/or downstream, passage cross section before or after the local reduction.
  • the blocking element can cover and/or a radially inner part do not cover a radially outer part.
  • a combination with a blocking element or a section of the same blocking element in a different circumferential area extending over the entire radial width is also possible.
  • the blocking element is designed as part of a turbo stator disk.
  • the blocking element can, for example, be connected directly to a stator disk, in particular a partial stator disk, and/or be axially assigned to such.
  • Axially assigned means that the blocking element is at least partially arranged in the same axial region as the stator disk or partial stator disk.
  • the blocking element can replace a section of the turbo stator disk that faces or faces away from the intermediate inlet.
  • stator blades can be provided, for example, on one side of the rotor shaft, in particular facing or away from the intermediate inlet, while on another side of the rotor shaft facing the intermediate inlet, the blocking element or a closed area thereof and in particular none Stator blades are provided.
  • the blocking element can be designed as a sheet metal.
  • Turbostator disks are often also designed as sheet metal parts and the blocking element can generally be manufactured or designed in a similar way to a turbostator disk, but no separated blades are provided, particularly in a closed area of the blocking element.
  • the blocking element defines a, in particular radially inner, blade base for one or more stator blades.
  • one defined by the blocking element Blade base diameter must be larger than the blade base diameter of an upstream or downstream rotor and/or stator disk, in particular at least 20% larger.
  • the blocking element is designed to be flat at least essentially and at least with a closed area of the blocking element.
  • the blocking element can, for example, also be designed in the shape of a shell and/or funnel, in particular in the shape of a partial ring, partial shell and/or a partial funnel, the term “partial” referring in particular to an angular range around the rotor shaft.
  • the pump can, for example, have a pump-active rotor section upstream of the intermediate inlet in relation to the pumping direction and a pump-active rotor section downstream in relation to the pumping direction, in which case both rotor sections can in particular be connected to the same rotor shaft and/or connected in series.
  • the molecular vacuum pump can, for example, have only one rotor shaft, whereby in particular all pump stages and pump stage sections can be driven by the rotor shaft and/or can be connected in series.
  • the intermediate inlet can preferably open into an axial region, in particular in a pump housing, over which the pump stage or the pump stage section upstream of the intermediate inlet is connected in series with a pump stage or the pump stage section downstream of the intermediate inlet.
  • This axial region can be, for example, an intermediate stage region or an axial region within a pump stage, for example an axial region of a turbo rotor disk.
  • gas can be conveyed in particular via the axial region into which the intermediate inlet opens and/or across the intermediate stage region.
  • Turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which a recipient, not shown, can be connected in a manner known per se.
  • the gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117, to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.
  • the inlet flange 113 forms the alignment of the vacuum pump according to Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121, on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and/or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (see also Fig. 3 ).
  • Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
  • a data interface 129 for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.
  • turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.
  • a flood inlet 133 in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection via which flushing gas is supplied to protect the electric motor 125 (see e.g Fig. 3 ) can be admitted into the engine compartment 137, in which the electric motor 125 is accommodated in the vacuum pump 111, in front of the gas delivered by the pump.
  • Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant, which can be directed into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate exclusively with air cooling.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141.
  • the vacuum pump 111 can also be attached to a recipient via the inlet flange 113 and can therefore be operated hanging, so to speak.
  • the vacuum pump 111 can be designed so that it can be put into operation even if it is oriented in a different way than in Fig. 1 is shown.
  • Embodiments of the vacuum pump can also be implemented in which the underside 141 can be arranged not facing downwards, but facing to the side or facing upwards. In principle, any angle is possible.
  • a bearing cover 145 is attached to the underside 141.
  • Fastening holes 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which are in particular larger than the pump shown here.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pumping stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about a rotation axis 151.
  • the turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pump stages connected in series with one another and having a plurality of radial rotor disks 155 attached to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular pump stage.
  • the stator disks 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159.
  • the vacuum pump also includes Holweck pump stages that are arranged one inside the other in the radial direction and are effectively connected in series. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pump stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages includes a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylindrical jacket-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 which are fastened to the rotor hub 161 and supported by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and nested in one another in the radial direction. Furthermore, two cylindrical jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested within one another when viewed in the radial direction.
  • the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, i.e. by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and with this forms the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps.
  • the radial inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radial outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and forms a second Holweck pump stage with this.
  • the radial inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 lies opposite the radial outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165, forming a radial Holweck gap 175 and with this forms the third Holweck pump stage.
  • a radially extending channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175. This means that the nested Holweck pump stages are connected in series with one another.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 can also be provided.
  • the above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running spirally around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas is used to operate the Drive vacuum pump 111 into the Holweck grooves.
  • a rolling bearing 181 is provided in the area of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the area of the pump inlet 115.
  • a conical injection nut 185 with an outer diameter increasing towards the rolling bearing 181 is provided on the rotor shaft 153.
  • the injection nut 185 is in sliding contact with at least one wiper of an operating medium storage.
  • an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are possible, the term “spray tip” is also used in this context.
  • the operating medium storage comprises several absorbent disks 187 stacked on top of one another, which are soaked with an operating medium for the rolling bearing 181, for example with a lubricant.
  • the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid storage via the wiper to the rotating injection nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the injection nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the injection nut 185 to the rolling bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
  • the rolling bearing 181 and the operating fluid storage are enclosed in the vacuum pump by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145.
  • the permanent magnet bearing 183 comprises a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each of which comprises a ring stack made up of a plurality of permanent magnetic rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction.
  • the ring magnets 195, 197 lie opposite one another to form a radial bearing gap 199, with the rotor-side ring magnets 195 being arranged radially on the outside and the stator-side ring magnets 197 being arranged radially on the inside.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsion forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
  • the rotor-side ring magnets 195 are carried by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which surrounds the ring magnets 195 on the radial outside.
  • the stator-side ring magnets 197 are supported by a stator-side support section 203, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119.
  • the rotor-side ring magnets 195 are fixed parallel to the rotation axis 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201.
  • the stator-side ring magnets 197 are parallel to the rotation axis 151 in one direction through a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and one connected to the carrier section 203 connected fastening ring 211 set.
  • a disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnets 197.
  • An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs empty without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only comes into engagement when there is an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator to form a radial stop for the rotor 149 to form so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented.
  • the backup bearing 215 is designed as an unlubricated rolling bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and/or the stator, which causes the backup bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the backup bearing 215 comes into engagement is large enough so that the backup bearing 215 does not come into engagement during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures occurs under all circumstances is prevented.
  • the vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotating the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217.
  • a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 which extends through the motor stator 217.
  • a gap 219 is arranged, which comprises a radial motor gap through which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement can magnetically influence each other for transmitting the drive torque.
  • the motor stator 217 is fixed in the housing within the engine compartment 137 provided for the electric motor 125.
  • a sealing gas which is also referred to as purging gas and which can be, for example, air or nitrogen, can reach the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135.
  • the barrier gas can be used to protect the electric motor 125 from process gas, for example from corrosive components of the process gas.
  • the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. in the engine compartment 137 there is at least approximately the vacuum pressure caused by the backing vacuum pump connected to the pump outlet 117.
  • a so-called and known labyrinth seal 223 can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the engine compartment 137, in particular in order to achieve a better sealing of the engine compartment 217 compared to the Holweck pump stages located radially outside.
  • pumps and systems described below are presented in a highly schematic and simplified manner. For the purpose of practical implementation, they can advantageously be implemented with one or more features of the pump described above. Likewise, the pump described above can advantageously be equipped with a blocking element, in particular instead of one of the stator disks shown.
  • a plot of two partial pumping speeds for different gases within an exemplary molecular vacuum pump 250 is shown, which is shown in Fig. 7 is shown.
  • the molecular vacuum pump 250 includes a turbo pump stage 252 and a Holweck pump stage 254.
  • the ordinate of the plot in Fig. 6 is assigned to the pumping speed S in L/s.
  • the abscissa is assigned to a point i under consideration along the flow path of the molecular vacuum pump 250.
  • the turbo pump stage 250 includes 16 Slices, each representing a "spot" in the sense of the application of the Fig. 6 represent.
  • the Holweck pump stage 254 as a whole represents a point in the sense of the application of the Fig. 6 All points i are arranged within the housing of the molecular vacuum pump 250, not shown here.
  • the plot shows the course of the internal partial pumping speeds for the different gases.
  • the numbering of the points in the flow path is carried out in the opposite direction to the pumping direction.
  • the turbo rotor disk at point 17 forms the high vacuum side end of the molecular vacuum pump 250, whereas the Holweck pump stage 254 at point 1 forms the pressure side end of the molecular vacuum pump 250.
  • the pumping direction is therefore in Figs. 6 and 7 from right to left.
  • Turbo stator disks have even numbers, whereas turbo rotor disks have odd numbers, the latter not being listed separately for the sake of clarity.
  • positions 1 and 17 are marked.
  • the pumping speed S at the high vacuum side end of the molecular pump 250, right in Fig. 6 quite large and takes to the pressure end of the molecular vacuum pump 250, in Fig. 6 to the left, down.
  • the pumping speed curves shown relate to the partial pumping speeds for helium and nitrogen. Accordingly, the pumping speed curves are designated S N2 or S He . These pumping speed curves - like the pumping speed curves described below - were determined by simulation.
  • the molecular vacuum pump 250 includes a first inlet 256 in the pumping direction, which opens at point 17 or at the high-vacuum side turbo rotor disk.
  • the molecular vacuum pump 250 also includes one Intermediate inlet 258, which opens at point 11 or at the corresponding turbo rotor disk.
  • the 8 and 9 show to the Figs. 6 and 7 similar representations, why regarding the 8 and 9 only special features are discussed.
  • the molecular vacuum pump 250 under consideration is basically like that of Fig. 7 built up. At point 6, however, no ordinary turbo stator disk is provided, but rather a static blocking element 262.
  • the blocking element 262 is both in Fig. 8 as well as in Fig. 9 indicated.
  • the blocking element 262 causes a local reduction in the passage cross section of the molecular vacuum pump 250. This is achieved, for example, by the blocking element 262 being designed in some areas as a closed disk and in some areas as an at least partially open disk, as shown in FIG Fig. 9 is indicated by a solid line on the one hand of the rotor shaft 264 or a dashed line on the other hand of the rotor shaft 264.
  • Fig. 8 As can be seen, the partial suction speeds S N2 and S He are greatly reduced at point 6 and at blocking element 262, respectively. This corresponds to the expectations of those skilled in the art, since the blocking element 262 locally reduces the passage cross section of the turbo pump stage 252. It has also been shown that the pumping speeds S N2 and S He are also influenced at other points along the flow path, in particular at points that are spaced from the blocking element 262. This emerges from a comparison of the Fig. 6 and 8th . It has also been shown that the partial pumping speeds S N2 and S He is not influenced in the same way, but differently.
  • a blocking element 262 can be used to specifically influence a suction speed at a location different from the location of the blocking element 262 and that in particular the different influence on partial suction speeds for different gases can be exploited in order to achieve a difference and/or or to specifically influence a ratio between the partial suction speeds.
  • the partial suction speeds S N2;11 and S He;11 were influenced by the blocking element 262 in such a way that the difference 260 between these two partial suction speeds compared to Fig. 6 or to the molecular vacuum pump 250 without blocking element Fig. 7 was enlarged.
  • the partial suction speed for nitrogen was ultimately increased relative to the partial suction speed for helium.
  • a blocking element 262 is shown.
  • the viewer's line of sight is parallel to the rotor shaft.
  • the blocking element 262 is designed as a disk which is closed over an angular range with respect to the rotor shaft.
  • the closed angle range 264 extends here over approximately 270°.
  • the blocking element 262 is simply open.
  • the area 266 is therefore a permeable area.
  • the blocking element 262 shown here forms a particularly simple embodiment.
  • the pumping speed curves according to Fig. 8 are based in particular on such a blocking element 262.
  • the blocking element 262 has an in Fig. 10 free central area 268, through which the rotor shaft extends in the assembled state.
  • the central region 268 therefore does not form an open passage cross section. However, this is only formed by the angular range 266. Nevertheless, an open central area can also be larger than the rotor shaft, for example be so that a radial area between the blocking element and the rotor shaft is open or permeable. This concerns the inner circumference of the blocking element. It goes without saying that this also applies to its outer circumference, ie an open radial area can also be provided on the outer circumference.
  • Fig. 11 an embodiment of a blocking element 262 according to the invention is shown in perspective.
  • the blocking element 262 of Fig. 11 includes a closed angular range 264, which here is greater than 300°.
  • the blocking element 262 is designed to be permeable, but in contrast to the area 266, it points in Fig. 10 a pump-active structure.
  • the pump-active structure is formed here by turbo stator blades 272.
  • the pump-active structure or region 270 has turbostator blades 272 with two passages 274 in between.
  • the turbo stator blade 272.2 is designed, so to speak, as a “normal” turbo stator blade, in particular it forms a complete turbo stator blade.
  • the turbo stator blades 272.1 and 272.3 are only designed as partial or “half” turbo stator blades.
  • the pump-active structure of the blocking element 262 effectively has two turbo stator blades, which corresponds to the number of passages 274 between the turbo stator blades 272.
  • the pump-active structure of the blocking element 262 causes a relative equalization of the partial suction speeds for different gases in the area of the blocking element 262.
  • Fig. 12 shows a plot of the partial pumping speeds for nitrogen and helium in a pump according to Fig. 9 , wherein the blocking element 262 according to Fig. 11 is designed and is also provided at point 6.
  • a comparison of the plots of the Fig. 8 and 12 at point 6 shows that with the blocking element 262 according to Fig. 11 the partial pumping speeds S N2 and S He at the point of Blocking element 262, here at point 6, are more similar than the blocking element 262 according to Fig. 10 or without a pump-active structure, in particular at least essentially the same.
  • a comparison of the plots shows Fig. 8 and 12 at point 11 or at the intermediate inlet 258, that the difference 260 between the partial suction speed in Fig. 12 is larger than this in Fig. 8 the case is.
  • the pump-active structure here ensures a further increase in the difference 260 of the partial pumping speed or a further increase in the partial pumping speed S N2;11 relative to the partial pumping speed S H2;11 .
  • the leak detector 280 includes a molecular vacuum pump 282, a detection device 284, which is designed as a mass spectrometer, and a connection 286 for a vacuum system, not shown here, which is to be checked for leaks.
  • the molecular vacuum pump 282 is designed as a split-flow pump. It includes a first inlet 288, an intermediate inlet 290, a further intermediate inlet 292 and an outlet 294.
  • the molecular vacuum pump 282 includes a turbo pump stage 296 and a Holweck pump stage 298.
  • a pumping direction and a flow path run from the first inlet 288 to the outlet 294.
  • the intermediate inlet 290 opens into the turbo pump stage 296.
  • the intermediate inlet 292 opens at the entrance of the Holweck pump stage 268.
  • the outlet 294 opens at End of Holweck pump stage 298.
  • the leak detector 280 further comprises a backing vacuum pump 300.
  • the connection 286 is connected in particular to the intermediate inlets 290 and 292 via a line system and the backing vacuum pump 300 is connected in particular to the outlet 294.
  • the line system is also designed and can be flexibly controlled by valves 302 in such a way that both the connection 286 and the backing vacuum pump 300 can be connected to or separated from the intermediate inlets 290 and 292 as well as the outlet 294 in essentially any way.
  • the leak detector 280 is operated, for example, with helium as a test gas.
  • helium for example, hydrogen or a gas mixture containing hydrogen can be used as a test gas.
  • hydrogen or a gas mixture containing hydrogen can be used as a test gas.
  • present descriptions of the figures largely refer only to helium, but apply accordingly to hydrogen.
  • helium When searching for a leak, helium is distributed in the area of the vacuum system to be examined for leaks, not shown here, and the vacuum system is evacuated via connection 286. If the vacuum system has a leak, helium - in addition to the ambient air - gets into the vacuum system and to the connection 286. This is in particular connected to the intermediate inlet 290, so that the helium, together with the gas components of the ambient air, reaches the intermediate inlet 290 and into the molecular vacuum pump 282 .
  • the detection device 284 is used to detect the helium. A certain part of the helium will flow from the intermediate inlet 290 counter to the pumping direction and reach the detection device 284 via the first inlet 288. For this reason, a leak detector of the type shown here is also referred to as a countercurrent leak detector.
  • the molecular vacuum pump 282 is equipped with a blocking element 262. This is arranged at a location downstream of the intermediate inlet 290 and at a distance from it. Specifically, several pump-active elements are provided in the pumping direction between the blocking element 262 and the intermediate inlet 290.
  • the blocking element 262 causes the partial suction speed for nitrogen to be increased relative to the partial suction speed for helium at the location of the intermediate inlet 290 with respect to the flow path, in particular that the difference between these partial suction speeds is increased. This is done in a similar way as with regard to the Fig. 8 and 12 for the intermediate inlet 258 or point 11 is described.
  • the ratio of backflowing helium to backflowing nitrogen also changes.
  • a partial suction speed for nitrogen at the intermediate inlet 290 which is large relative to the partial suction speed for helium, causes a large part of the nitrogen to be transported away in the pumping direction and only a small part of the nitrogen to flow counter to the pumping direction.
  • this causes a small part of the helium to be transported away in the pumping direction and a large part of the helium to flow in the opposite direction to the pumping direction.
  • the quantitative ratio of backflowing helium to backflowing nitrogen is thus improved and the detection accuracy of the leak detector 280 is thereby improved.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Molekularvakuumpumpe, ein Verfahren zum Beeinflussen des Saugvermögens einer Molekularvakuumpumpe, ein Lecksuchgerät mit einer Molekularvakuumpumpe sowie die Verwendung einer Molekularvakuumpumpe zum Suchen eines Lecks in einem Vakuumsystem.
  • In verschiedenen Vakuumanwendungen werden spezielle Anforderungen an die Vakuumperformance einer Molekularvakuumpumpe, insbesondere hinsichtlich des Saugvermögens, gestellt. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren und eine Molekularvakuumpumpe sind in der DE4228313 A1 offenbart.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Saugvermögen einer Molekularvakuumpumpe auf einfache Weise und gezielt an einer bestimmten Stelle des Strömungspfades der Molekularvakuumpumpe zu beeinflussen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieses dient zum Beeinflussen des Saugvermögens, insbesondere eines internen Saugvermögens, einer Molekularvakuumpumpe, welche wenigstens eine molekulare Pumpstufe umfasst, mittels derer ein gasförmiges Medium entlang eines Strömungspfades von einem Einlass zu einem Auslass der Molekularvakuumpumpe förderbar ist, wobei die Pumpstufe eine Pumprichtung und quer zur Pumprichtung einen Durchlassquerschnitt aufweist. Das Beeinflussen des Saugvermögens erfolgt an einer ersten Stelle im Strömungspfad der Molekularvakuumpumpe, nämlich durch Vorsehen eines Blockierelements an einer zweiten, von der ersten Stelle verschiedenen Stelle im Strömungspfad der Molekularvakuumpumpe, durch welches der Durchlassquerschnitt lokal reduziert ist.
  • Ein der Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht in einer gezielten Schwächung des Saugvermögens an der zweiten Stelle, um an anderer Stelle, nämlich der ersten Stelle, das Saugvermögen gezielt zu beeinflussen. Das Vorsehen des Blockierelements erlaubt eine gezielte Beeinflussung des Saugvermögens an der zweiten Stelle. Ein Blockierelement ist als solches besonders einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar, sodass die gezielte Beeinflussung des Saugvermögens an der zweiten Stelle mit besonders einfachen Mitteln erreicht werden kann. Es versteht sich, dass das Saugvermögen an der zweiten Stelle durch das Blockierelement an der ersten Stelle nicht vollkommen beliebig, d. h. nicht grenzenlos einstellbar ist. Vielmehr ist das Saugvermögen an der zweiten Stelle typischerweise durch verschiedene Gegebenheiten, insbesondere den sonstigen Aufbau der Molekularvakuumpumpe begrenzt. Es kann grundsätzlich auch der Fall sein, dass sich das Saugvermögen an der zweiten Stelle durch das Blockierelement an der ersten Stelle lediglich reduzieren lässt. Auch wenn bei vielen Vakuumanwendungen häufig ein allgemein hohes Saugvermögen angestrebt wird, kann bei speziellen Vakuumanwendungen auch das Reduzieren des Saugvermögens an der zweiten Stelle nötig oder vorteilhaft sein. Letztlich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Rückströmen des gasförmigen Mediums insgesamt oder für einzelne Gasbestandteile verstärkt werden.
  • Das Blockierelement bewirkt durch die lokale Reduzierung des Durchlassquerschnitts insbesondere eine lokale Reduzierung des Leitwerts an der zweiten Stelle.
  • Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Blockierelement ein statisches Element ist und/oder an einem Stator der Pumpe angeordnet ist, da insbesondere aufgrund von dynamischen Kräften am Rotor dessen konstruktive Änderung allgemein deutlich aufwendiger wäre. Die Erfindung kann also durch Modifizieren einer bestehenden Pumpe realisiert werden, ohne deren Rotor verändern zu müssen. Grundsätzlich kann ein Blockierelement aber beispielsweise auch am Rotor angeordnet sein.
  • Die erste Stelle, an der das Saugvermögen beeinflusst werden soll, kann zum Beispiel ein Einlassbereich der Molekularvakuumpumpe sein. Bevorzugt kann die erste Stelle allerdings von einem Einlassbereichs eines in Pumprichtung ersten oder einzigen Einlasses der Molekularvakuumpumpe verschieden sein. Mit anderen Worten liegt die erste Stelle also insbesondere nicht an einem sogenannten Hochvakuumeinlass. Bevorzugt kann die erste Stelle allerdings zum Beispiel an einem Zwischeneinlass angeordnet sein. Alternativ kann die erste Stelle beispielsweise auch außerhalb von allen Einlassbereichen vorgesehen sein.
  • Die erste Stelle kann erfindungsgemäß innerhalb eines Gehäuses der Molekularvakuumpumpe und/oder innerhalb einer Einhüllenden von pumpaktiven Elementen liegen. Ein dort wirksames Saugvermögen wird als internes Saugvermögen bezeichnet. Im Zusammenhang mit dem vorherigen Absatz kann die erste Stelle insbesondere in einem Bereich vorgesehen sein, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet und direkt - also ohne dazwischengeschaltetes pumpaktives Element - mit einem Einlass verbunden ist. Man kann auch vom internen Saugvermögen beim Einlass sprechen, welches beeinflusst werden soll. Dies gilt wiederum insbesondere für einen Zwischeneinlass. Im Falle eine Turbomolekularpumpstufe oder einer Holweckpumpstufe kann die erste Stelle erfindungsgemäß in einem Axialbereich eines Einlasses bzw. Zwischeneinlasses vorgesehen sein bzw. ein internes Saugvermögen im Axialbereich des Einlasses kann beeinflusst werden.
  • Insbesondere im Kontext eines Zwischeneinlasses unterscheidet sich das interne Saugvermögen beim Zwischeneinlass typischerweise vom Saugvermögen des Zwischeneinlasses selbst. Dies wird z.B. anhand eines Beispiels einer üblichen Splitflow-Pumpe deutlich. Hier kann ein Zwischeneinlass z.B. als Ausnehmung im Gehäuse einer Turbomolekularpumpstufe ausgeführt sein. Diese Ausnehmung weist einen Leitwert auf, welcher das Saugvermögen des Zwischeneinlasses selbst beeinflusst. Im Axialbereich des Zwischeneinlasses innerhalb des Gehäuses hat dieser Leitwert hingegen keinen Einfluss. Dort herrscht das interne Saugvermögen. Das Ziel kann hier insbesondere in der Beeinflussung des internen Saugvermögens beim betreffenden Einlass bestehen. Allerdings kann eine Beeinflussung des internen Saugvermögens beim Einlass grundsätzlich auch das Saugvermögen des Einlasses selbst beeinflussen.
  • Das Blockierelement ist innerhalb einer Pumpstufe vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Pumpstufe sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Blockierelements ein pumpaktives Element aufweist. Das Blockierelement ist dabei also insbesondere nicht am Ende der betreffenden Pumpstufe angeordnet. Grundsätzlich können auch mehrere erste Stellen vorgesehen sein, d. h. das Saugvermögen an mehreren Stellen kann beeinflusst werden. Ebenso können mehrere Blockierelemente an einer jeweiligen zweiten Stelle vorgesehen sein, zum Beispiel um das Saugvermögen an einer ersten Stelle oder an mehreren ersten Stellen zu beeinflussen.
  • Die zweite Stelle ist von der ersten Stelle beabstandet. Dies bedeutet für die vorliegende Offenbarung, dass wenigstens ein pumpaktives Element zwischen der ersten und der zweiten Stelle vorgesehen ist.
  • Die zweite Stelle kann bevorzugt stromabwärts der ersten Stelle angeordnet sein. Das Blockierelement bewirkt stromaufwärts desselben bzw. der ersten Stelle auf einfache und vorteilhafte Weise eine Beeinflussung des Saugvermögens.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das, insbesondere interne, Saugvermögen an der ersten Stelle derart beeinflusst wird, dass dort eine Differenz und/oder ein Verhältnis zwischen einem partiellen Saugvermögen, insbesondere internen partiellen Saugvermögen, für ein erstes Gas und einem partiellen Saugvermögen, insbesondere internen partiellen Saugvermögen, für ein zweites Gas erhöht wird. Hierbei wird auf vorteilhafte Weise ausgenutzt, dass sich durch das Blockierelement die partiellen Saugvermögen für unterschiedliche Gase an der ersten Stelle auf unterschiedliche Weise beeinflussen lassen. Durch gezielte Anordnung und Ausgestaltung des Blockierelements lassen sich somit die partiellen Saugvermögen gezielt dahingehend beeinflussen, dass die Differenz bzw. das Verhältnis zwischen zwei partiellen Saugvermögen für unterschiedliche Gase möglichst groß ist. Durch Erhöhung der Differenz bzw. des Verhältnisses der partiellen Saugvermögen ändert sich insbesondere das Mengenverhältnis von entgegen der Pumprichtung zurückströmendem ersten Gas zum zurückströmenden zweiten Gas. Hierdurch kann zum Beispiel eine Art Selektion realisiert werden. Je größer die Differenz ist, desto stärker ist die Selektion.
  • Allgemeiner betrifft diese Idee und damit die Erfindung außerdem ein Verfahren zum Erhöhen der Differenz und/oder eines Verhältnisses zwischen einem partiellen Saugvermögen für ein erstes Gas und einem partiellen Saugvermögen für ein zweites Gas umfassend ein Verfahren nach vorstehend beschriebener Art.
  • Die Differenz lässt sich insbesondere dann wirksam erhöhen, wenn das erste und das zweite Gas eine unterschiedliche molare Masse aufweisen. Das erste Gas kann bevorzugt eine molare Masse von mehr als 10 g/mol, insbesondere von mehr als 20 g/mol, aufweisen. Bei dem ersten Gas kann es sich z.B. um Stickstoff, nachfolgend auch bezeichnet als N2, handeln. Stickstoff hat eine molare Masse von ca. 28 g/mol. Bei dem ersten Gas kann es sich z.B. auch um Luft handeln. Das zweite Gas kann bevorzugt eine molare Masse von weniger als 10 g/mol, insbesondere weniger als 5 g/mol, aufweisen. Bei dem zweiten Gas kann es sich z.B. um Helium, nachfolgend auch bezeichnet als He, handeln. Helium hat eine molare Masse von ca. 4 g/mol. Bei dem zweiten Gas kann es sich beispielsweise auch um Wasserstoff handeln. Wasserstoff hat eine molare Masse von ca. 2 g/mol. Das zweite Gas kann beispielsweise ein Prüfgas für eine Lecksuche sein.
  • Ferner kann nicht nur eine Differenz im betragsmäßigen Sinn beeinflusst werden, sondern auch eine Differenz im vorzeichenbehafteten Sinn. Die Erhöhung der Differenz im vorzeichenbehafteten Sinn umfasst, dass das partiellen Saugvermögen für ein erstes Gas um einen möglichst hohen Wert größer ist als das partielle Saugvermögen für ein zweites Gas. Ziel ist es somit auch, dass die Differenz kein negatives Vorzeichen annimmt.
  • Es versteht sich, dass sich auch partielle Saugvermögen für drei oder mehr Gase in ihrer Differenz und/oder im Verhältnis zueinander durch das erfindungsgemäße Blockierelement vorteilhaft beeinflussen lassen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Stelle innerhalb eines Gehäuses der Molekularvakuumpumpe, in einem mit einem Einlass direkt verbundenen Bereich und/oder in einem Axialbereich eines Einlasses angeordnet ist. Bei dem Einlass kann es sich bevorzugt um einen Zwischeneinlass handeln. Mithilfe des Blockierelements an der zweiten Stelle lässt sich das an der ersten Stelle wirksame, insbesondere interne, Saugvermögen auf einfache Weise gezielt beeinflussen.
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Stelle bzw. das Blockierelement außerhalb eines Einlassbereichs, insbesondere außerhalb aller Einlassbereiche, angeordnet ist. Allgemein bevorzugt ist die zweite Stelle bzw. das Blockierelement innerhalb eines Gehäuses der Molekularvakuumpumpe vorgesehen. Weiter allgemein bevorzugt kann die zweite Stelle bzw. das Blockierelement innerhalb einer Pumpstufe vorgesehen sein. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Blockierelement in seiner unmittelbaren Nähe eine recht drastische lokale Reduzierung des Saugvermögens bewirken kann. Wenn die zweite Stelle in einem Einlassbereich angeordnet ist, kann dies dazu führen, dass das Saugvermögen am betreffenden Einlass stark reduziert ist, was häufig nicht erwünscht ist. Wenn das Blockierelement hingegen mit einem gewissen Abstand zum Einlass angeordnet wird, so kann das Saugvermögen an diesem Einlass ohne eine drastische Reduzierung beeinflusst werden. Dies erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit der gezielten Beeinflussung einer Differenz oder eines Verhältnisses zwischen partiellen Saugvermögen als vorteilhaft. So sind eben häufig nicht lediglich die Differenz bzw. das Verhältnis der partiellen Saugvermögen, sondern auch die Höhe der partiellen Saugvermögen für sich genommen von Interesse.
  • Erfindungsgemäß ist das Blockierelement derart ausgebildet, dass ein partielles Saugvermögen für ein erstes Gas und ein partielles Saugvermögen für ein zweites Gas an der zweiten Stelle zumindest im Wesentlich gleich sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass das Blockierelement eine pumpaktive Struktur aufweist. Es hat sich in Simulationen gezeigt, dass sich die Differenz der partiellen Saugvermögen an der ersten Stelle durch diese Weiterbildung besonders stark erhöhen lässt. Als im Wesentlichen gleich ist eine Abweichung von höchstens 2 Liter pro Sekunde (L/s), bevorzugt höchstens 1 L/s, zu verstehen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Molekularvakuumpumpe nach dem hierauf gerichteten, unabhängigen Anspruch gelöst. Dieser lehrt eine Molekularvakuumpumpe mit wenigstens einer molekularen Pumpstufe, mittels derer ein gasförmiges Medium entlang eines Strömungspfades von einem Einlass zu einem Auslass der Molekularvakuumpumpe förderbar ist, wobei die Pumpstufe eine Pumprichtung und quer zur Pumprichtung einen Durchlassquerschnitt aufweist, wobei ein, insbesondere statisches, Blockierelement vorgesehen ist, durch welches der Durchlassquerschnitt lokal reduziert ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Molekularvakuumpumpe einen Zwischeneinlass umfasst, der innerhalb der Pumpstufe angeordnet ist. Ein Zwischeneinlass kann bei einem ebenfalls vorteilhaften Beispiel auch zwischen zwei Pumpstufen angeordnet sein. Eine Molekularvakuumpumpe mit Zwischeneinlass wird auch als Splitflow-Pumpe bezeichnet. Bei einer solchen lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile besonders effektiv ausnutzen.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Blockierelement in Pumprichtung nach einem Einlass, insbesondere nach einem Zwischeneinlass, angeordnet ist, bevorzugt in einer Pumpstufe, welche einer in Pumprichtung ersten Pumpstufe nachgeordnet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Blockierelement außerhalb eines Einlassbereichs angeordnet. Dies bedeutet, dass in Pumprichtung zwischen dem betreffenden Einlass und dem Blockierelement wenigstens ein pumpaktives Element angeordnet ist. Das Blockierelement kann somit insbesondere zu einem Einlassbereich beabstandet sein.
  • Das Blockierelement kann bevorzugt außerhalb jedes Einlassbereichs bzw. nicht in einem Einlassbereich angeordnet sein und/oder zu allen Einlässen beabstandet sein. Insbesondere kann das Blockierelement auch außerhalb eines bzw. jedes Auslassbereichs angeordnet sein.
  • Ein Blockierelement in einem Einlassbereich, insbesondere unmittelbar vor einem Einlassbereich, einer Molekularvakuumpumpe kann dazu dienen, das einströmende gasförmige Medium zu leiten und ein Rückströmen entgegen der Pumprichtung zu verringern. Wenn das Blockierelement hingegen außerhalb des Einlassbereichs angeordnet ist, kann beim Einlass insbesondere das, insbesondere interne, Saugvermögen für unterschiedliche Gase unterschiedlich beeinflusst werden und insbesondere eine Differenz und/oder ein Verhältnis eines partiellen Saugvermögens für ein erstes Gas zu einem partiellen Saugvermögen für ein zweites Gas erhöht werden. Dies beeinflusst zwar auch die Wahrscheinlichkeit, mit der ein gegebenes Gasmolekül entgegen der Pumprichtung zurückströmt, jedoch nicht unmittelbar durch eine leitende Funktion des Blockierelements, sondern durch Beeinflussung des Saugvermögens an einer ersten Stelle durch das Blockierelement an einer zweiten Stelle. Das Blockierelement weist also im Hinblick auf das lokale Saugvermögen an anderen Stellen im Strömungspfad eine Art Fernwirkung auf. Wenn die partiellen Saugvermögen für unterschiedliche Gase an einer Stelle innerhalb des Gehäuses unterschiedlich beeinflusst werden, verändern sich insbesondere die Anteile der unterschiedlichen Gase am Rückstrom. Hierdurch wird letztlich eine Selektion der unterschiedlichen Gase erreicht. Zwar lassen sich die betreffenden Gase auf diese Weise nicht vollständig voneinander trennen. Gleichwohl kann es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, die Anteile der Gase am Rückstrom - wenn auch nur leicht - zu verändern.
  • Das Blockierelement ist innerhalb einer Pumpstufe, d.h. zwischen zwei pumpaktiven Elementen der Pumpstufe, angeordnet. Bevorzugt kann das Blockierelement in Pumprichtung zwischen zwei Einlässen oder zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Blockierelement über einen Winkelbereich in Bezug auf eine Rotationsachse eines Pumpenrotors geschlossen ist, und zwar über einen Winkelbereich von mehr als 180°, insbesondere mehr als 270°. Im restlichen Winkelbereich weist das Blockierelement eine pumpaktive Struktur auf. Durch eine pumpaktive Struktur im Blockierelement lassen sich die partiellen Saugvermögen für unterschiedliche Gase beim Blockierelement, d. h. an der zweiten Stelle, besonders ähnlich, bestenfalls zumindest im Wesentlichen gleich, dimensionieren. Dies kann insbesondere an einer anderen, also ersten, Stelle eine besonders starke Beeinflussung des Saugvermögens, insbesondere Erhöhung der Differenz bzw. des Verhältnisses zweier partieller Saugvermögen für unterschiedliche Gase zur Folge haben.
  • Die pumpaktive Struktur kann insbesondere eine Anzahl, insbesondere eine effektive Anzahl, pumpaktiver Merkmale und/oder an Durchgängen zwischen pumpaktiven Merkmalen aufweisen, wobei die Anzahl bevorzugt wenigstens 1 und/oder höchstens 10 beträgt. Dieser Bereich hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine möglichst hohe Differenz von partiellen Saugvermögen an der ersten Stelle erwiesen. Als weiter besonders vorteilhaft hat sich eine Anzahl von höchstens 4 erwiesen.
  • Die Molekularvakuumpumpe kann bevorzugt wenigstens eine von oder eine beliebige Kombination aus Turbomolekularpumpstufe, Holweckpumpstufe und/oder Siegbahnpumpstufe umfassen. Die Pumpstufen können insbesondere in Reihe geschaltet sein. Die Pumpstufen weisen insbesondere Rotoren bzw. Rotorabschnitte auf, die auf einer gemeinsamen Rotorwelle angeordnet sind, bzw. sind bevorzugt durch eine gemeinsame Rotorwelle angetrieben.
  • Das Blockierelement ist innerhalb einer Turbomolekularpumpstufe, einer Holweckpumpstufe oder einer Siegbahnpumpstufe angeordnet.
  • Es können auch mehrere Blockierelemente bspw. in unterschiedlichen oder gleichartigen Pumpstufen vorgesehen sein.
  • In einer Turbomolekularpumpstufe wird ein pumpaktives Element durch eine Turborotorscheibe oder eine Turbostatorscheibe gebildet. Ein pumpaktives Merkmal wird durch eine Turborotorschaufel oder eine Turbostatorschaufel gebildet.
  • In einer Holweckpumpstufe wird ein pumpaktives Element durch einen Axialabschnitt in Bezug auf eine Rotationsachse eines Pumpenrotors gebildet, wobei in diesem Axialabschnitt Holweckstege über den, insbesondere zumindest im Wesentlichen gesamten, Umfang verteilt angeordnet sind. Ein pumpaktives Merkmal wird durch einen Holweckstegabschnitt gebildet.
  • In einer Siegbahnpumpstufe wird ein pumpaktives Element durch einen Radialabschnitt in Bezug auf eine Rotationsachse eines Pumpenrotors gebildet, wobei in diesem Radialabschnitt Siegbahnstege über den, insbesondere zumindest im Wesentlichen gesamten, Umfang verteilt angeordnet sind. Ein pumpaktives Merkmal wird durch einen Siegbahnstegabschnitt gebildet.
  • Das Blockierelement kann beispielsweise auch in einer von mehreren Pumpstufen angeordnet werden, insbesondere um das Saugvermögen an einer Stelle, insbesondere einer direkt mit einem Einlass verbundenen Stelle innerhalb des Gehäuses, zu beeinflussen, die in oder an einer anderen Pumpstufe angeordnet ist. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass die Molekularvakuumpumpe eine Holweckpumpstufe aufweist, innerhalb derer ein Blockierelement angeordnet ist, wobei das Saugvermögen an einem Zwischeneinlass beeinflusst wird, der innerhalb einer der Holweckpumpstufe vorgeschalteten Turbomolekularpumpstufe oder zwischen zwei der Holweckpumpstufe vorgeschalteten Turbomolekularpumpstufen angeordnet ist.
  • Ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel sieht vor, dass das Blockierelement zwischen zwei Pumpstufen, insbesondere zwischen einer Holweckpumpstufe und einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Dies kann ebenfalls dazu dienen, das Saugvermögen an einem Zwischeneinlass zu beeinflussen, der innerhalb einer der Holweckpumpstufe vorgeschalteten Turbomolekularpumpstufe oder zwischen zwei der Holweckpumpstufe vorgeschalteten Turbomolekularpumpstufen angeordnet ist.
  • Grundsätzlich kann das Blockierelement beispielsweise auch zwischen zwei Einlässen, insbesondere zwischen zwei Zwischeneinlässen vorgesehen sein. So kann das Blockierelement etwa in einer Pumpstufe angeordnet sein, vor und nach welcher ein Einlass bzw. Zwischeneinlass vorgesehen ist. Ein Blockierelement zwischen zwei Einlässen kann beispielsweise dafür sorgen, dass sich die Kompression der Pumpstufe zwischen den Einlässen ändert bzw. beeinflusst wird. Hierdurch wird also das Druckverhältnis zwischen den betreffenden Einlässen beeinflusst.
  • Das Blockierelement kann gemäß einem technisch einfachen Beispiel aus Blech hergestellt sein, insbesondere wenn das Blockierelement in oder an einer Turbomolekularpumpstufe angeordnet ist. Das Blockierelement kann beispielsweise pumpaktive Merkmale, z.B. Turbostatorschaufeln, umfassen, die durch Stanzen und/oder Biegen hergestellt sind.
  • In oder an einer Holweckpumpstufe oder Siegbahnpumpstufe kann das Blockierelement beispielsweise als Querwand ausgebildet sein, welche ein oder mehrere Holwecknuten oder Siegbahnnuten blockiert. Beispielsweise können mehrere oder alle Holweck- bzw. Siegbahnnuten einer Pumpstufe an einer Axial- bzw. Radialposition durch einen Steg senkrecht zur Pumprichtung geschlossen sein, wobei nur eine Nut oder nur einzelne Nuten normal ausgeführt - d.h. offen - sind.
  • Das Blockierelement kann grundsätzlich beispielsweise als Blende ausgeführt sein.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Lecksuchgerät umfassend eine Molekularvakuumpumpe nach vorstehend beschriebener Art und eine Detektionseinrichtung, insbesondere für ein Prüfgas. Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich in einem Lecksuchgerät besonders wirksam ausnutzen. Das Lecksuchgerät kann bevorzugt als Gegenstromlecksucher ausgebildet sein. Als Prüfgas kann bevorzugt Helium oder Wasserstoff zum Einsatz kommen - insbesondere im Fall von Wasserstoff z.B. in Form eines Gasgemisches, welches das Prüfgas bzw. Wasserstoff enthält. Die Detektionseinrichtung kann z.B. als Massenspektrometer ausgebildet sein.
  • Die Molekularvakuumpumpe des Lecksuchgeräts umfasst einen ersten Einlass und einen Zwischeneinlass, wobei der erste Einlass an die Detektionseinrichtung angeschlossen ist und wobei der Zwischeneinlass an einem auf Lecks zu untersuchenden Vakuumsystem angeschlossen oder anschließbar ist.
  • Das Blockierelement ist stromabwärts des Zwischeneinlasses vorgesehen, wobei wenigstens ein pumpaktives Element in Pumprichtung zwischen dem Zwischeneinlass und dem Blockierelement vorgesehen ist.
  • Das Blockierelement ist also insbesondere außerhalb des Bereichs des Zwischeneinlasses angeordnet und/oder zu diesem beabstandet.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Molekularvakuumpumpe nach vorstehend beschriebener Art zum Suchen eines Lecks in einem Vakuumsystem. Ein Durchlassquerschnitt ist die offene Fläche innerhalb einer Pumpstufe im Querschnitt gemessen an einer gewählten Stelle entlang der Pumprichtung bzw. des Strömungspfades. Der Durchlassquerschnitt ist also insbesondere durch die Summe der Öffnungen in dem betreffenden Querschnitt gebildet, durch die zu fördernde Gasteilchen hindurchtreten können. Bei einer rotorbetriebenen Molekularvakuumpumpe bezieht sich der Durchlassquerschnitt insbesondere auf einen Querschnitt an einer gewählten Stelle entlang der Rotorachse, wobei die Schnittebene insbesondere senkrecht zur Rotorachse verläuft.
  • Der Durchlassquerschnitt der Pumpstufe ist insbesondere durch ein oder mehrere Statorelemente, im Falle einer Turbomolekularpumpstufe insbesondere Statorscheiben, definiert, nämlich insbesondere ein oder mehrere Statorelemente, die dem Blockierelement in Pumprichtung vor- oder nachgeordnet sind. Die Pumpstufe kann grundsätzlich entlang ihrer axialen Erstreckung einen variablen Durchlassquerschnitt aufweisen. Entscheidend ist die lokale Reduzierung durch das Blockierelement.
  • Der Durchlassquerschnitt wird durch das Blockierelement erfindungsgemäß lediglich reduziert, nicht aber gänzlich versperrt. Das Blockierelement kann also zum Beispiel einen Teil des Durchlassquerschnitts verdecken. Eine Förderung von Gas durch die Pumpstufe vorbei am Blockierelement und z.B. zu einer nächsten Pumpstufe bleibt somit möglich.
  • Der Durchlassquerschnitt ist also insbesondere durch den offenen Bereich eines Querschnitts durch einen Rotor der Pumpe im Bereich der Pumpstufe gebildet. Bei einer Turbomolekularpumpe oder -pumpstufe ist ein Durchlassquerschnitt einer Turbostatorscheibe beispielsweise nach radial außen durch eine radial äußere Begrenzung der Turbostatorschaufeln begrenzt. Nach innen ist der Durchlassquerschnitt dabei durch eine radial innere Begrenzung der Turbostatorschaufeln, nämlich durch einen sogenannten Schaufelgrund, begrenzt. Der Durchlassquerschnitt weist in Umfangsrichtung durch die Schaufeln separierte, offene Abschnitte auf. Entsprechendes gilt für einen Turborotor bzw. eine Turborotorscheibe. Bei einer Holweckpumpstufe ist der Durchlassquerschnitt zum Beispiel nach außen oder nach innen von einem jeweiligen Grund mehrerer Holwecknuten begrenzt. In der entgegengesetzten Richtung, also nach innen bzw. nach außen, ist der Durchlassquerschnitt insbesondere durch einen Holweckrotor begrenzt. Der Durchlassquerschnitt weist in Umfangsrichtung durch Holweckstege separierte, offene Abschnitte auf, nämlich die Holwecknuten. Allgemein entspricht der Durchlassquerschnitt bei einer Holweckpumpstufe insbesondere im Wesentlichen der Summe der Querschnitte der Holwecknuten. Entsprechendes gilt für Siegbahnpumpstufen in radialer Richtung.
  • Insbesondere kann der Durchlassquerschnitt durch das Blockierelement um mindestens 25%, insbesondere mindestens 50%, weiter bevorzugt mindestens 75%, reduziert sein, insbesondere bezogen auf die Querschnittsfläche des Durchlassquerschnitts der Pumpstufe vor und/oder nach dem Blockierelements.
  • Ein Zwischeneinlass einer mehrstufigen Molekularvakuumpumpe wird beispielsweise auch als "interstage-port" bezeichnet und eine Molekularvakuumpumpe mit einem solchen Zwischeneinlass wird auch als "Splitflow-Pumpe" bezeichnet.
  • Insbesondere kann der Durchlassquerschnitt durch das Blockierelement lokal asymmetrisch, insbesondere in Bezug auf eine Rotorachse der Pumpstufe, sein. Z.B. kann das Blockierelement derart angeordnet sein, dass auf einer dem Zwischeneinlass zugewandten Seite einer Rotorwelle der Pumpstufe das Blockierelement einen größeren Anteil des Durchlassquerschnitts blockiert als auf einer dem Zwischeneinlass abgewandten Seite des Rotors, oder umgekehrt. Allgemein kann das Blockierelement auf einer dem Zwischeneinlass zugewandten oder abgewandten Seite der Rotorwelle angeordnet sein. Beispielsweise kann das Blockierelement lediglich in einem Teilwinkelbereich in Bezug auf die Rotorachse angeordnet sein, der insbesondere dem Zwischeneinlass zugeordnet oder nicht zugeordnet sein kann. Das Blockierelement kann den Durchlassquerschnitt z.B. in einem Bereich blockieren, der radial zwischen der Rotorachse und dem Zwischeneinlass liegt.
  • Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Blockierelement zumindest in einem dem Zwischeneinlass zugeordneten oder nicht zugeordneten Umfangsabschnitt, insbesondere im Wesentlichen nur in diesem Umfangsabschnitt, undurchlässig ausgebildet ist. Ein dem Zwischeneinlass radial gegenüberliegender Bereich oder ein dem Zwischeneinlass radial zugewandter Bereich kann insbesondere durchlässig und pumpaktiv ausgebildet sein. In dem dem Zwischeneinlass radial gegenüberliegenden bzw. zugewandten Bereich kann der Stator insbesondere durchlässig und allgemein wie ein "normaler" Stator ausgebildet sein.
  • Die Geometrie des Blockierelements kann beispielsweise veränderbar sein. So lässt sich je nach gewählter Geometrie eine unterschiedliche Performance bezüglich des Saugvermögens einstellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Blockierelement als Wand und/oder als durchgehendes Flächenelement ausgebildet ist und/oder sich quer zur Pumprichtung erstreckt. Dies bildet eine konstruktiv einfache Möglichkeit, die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen. Das Blockierelement kann sich insbesondere senkrecht und/oder quer zur Pumprichtung und/oder zur Rotorachse erstrecken. Ein Flächenelement bzw. eine Wand kann beispielsweise parallel zu einer Begrenzung des Zwischeneinlasses und/oder schräg oder senkrecht in Bezug auf eine Rotorachse angeordnet sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich das Blockierelement in radialer Richtung nur über einen Teil des Durchlassquerschnitts der Pumpstufe, dies insbesondere in Bezug auf den benachbarten, insbesondere vor- und/oder nachgeordneten, Durchlassquerschnitt vor- bzw. nach der lokalen Reduzierung. Insbesondere kann das Blockierelement einen radial inneren Teil verdecken und/oder einen radial äußeren Teil nicht verdecken. Beispielsweise ist auch eine Kombination mit einem Blockierelement bzw. einem Abschnitt desselben Blockierelements in einem anderen Umfangsbereich mit Erstreckung über die gesamte radiale Breite möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Blockierelement als Teil einer Turbostatorscheibe ausgebildet ist. Grundsätzlich kann das Blockierelement beispielsweise unmittelbar mit einer Statorscheibe, insbesondere einer Teilstatorscheibe, verbunden und/oder einer solchen axial zugeordnet sein. Axial zugeordnet bedeutet, dass das Blockierelement zumindest teilweise im selben Axialbereich wie die Statorscheibe bzw. Teilstatorscheibe angeordnet ist. Insbesondere kann das Blockierelement einen dem Zwischeneinlass zugewandten oder abgewandten Abschnitt der Turbostatorscheibe ersetzen. Im Querschnitt betrachtet und auf axialer Höhe des Blockierelements können beispielsweise auf der einen, insbesondere dem Zwischeneinlass zugewandten oder abgewandten, Seite der Rotorwelle Statorschaufeln vorgesehen sein, während auf einer anderen, dem Zwischeneinlass zugewandten Seite der Rotorwelle das Blockierelement oder ein geschlossener Bereich desselben und insbesondere keine Statorschaufeln vorgesehen sind.
  • Das Blockierelement kann gemäß einem konstruktiv einfachen Ausführungsbeispiel als Blech ausgebildet sein. Turbostatorscheiben sind häufig ebenfalls als Blechteile ausgebildet und das Blockierelement lässt sich allgemein auf ähnliche Weise wie eine Turbostatorscheibe herstellen bzw. ausbilden, wobei aber insbesondere in einem geschlossenen Bereich des Blockierelements keine separierten Schaufeln vorgesehen werden.
  • Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Blockierelement einen, insbesondere radial inneren, Schaufelgrund für ein oder mehrere Statorschaufeln definiert. Insbesondere kann ein vom Blockierelement definierter Schaufelgrunddurchmesser größer sein als der Schaufelgrunddurchmesser einer vor- oder nachgeordneten Rotor- und/oder Statorscheibe, insbesondere um wenigstens 20% größer.
  • Bevorzugt ist das Blockierelement zumindest im Wesentlichen und zumindest mit einem geschlossenen Bereich des Blockierelements eben ausgeführt. Das Blockierelement kann beispielsweise aber auch schalen- und/oder trichterförmig ausgebildet sein, insbesondere teilring-, teilschalen- und/oder teiltrichterförmig, wobei sich der Begriff "teil-" insbesondere auf einen Winkelbereich um die Rotorwelle bezieht.
  • Allgemein kann die Pumpe z.B. einen dem Zwischeneinlass in Bezug auf die Pumprichtung vorgeordneten pumpaktiven Rotorabschnitt und einen in Bezug auf die Pumprichtung nachgeordneten pumpaktiven Rotorabschnitt aufweisen, wobei insbesondere beide Rotorabschnitte mit derselben Rotorwelle verbunden und/oder in Reihe geschaltet sein können. Allgemein kann die Molekularvakuumpumpe zum Beispiel nur eine Rotorwelle aufweisen, wobei insbesondere alle Pumpstufen und Pumpstufenabschnitte von der Rotorwelle angetrieben sein können und/oder in Reihe geschaltet sein können.
  • Generell kann der Zwischeneinlass bevorzugt in einen Axialbereich, insbesondere in einem Pumpengehäuse, münden, über den hinweg die dem Zwischeneinlass vorgeschaltete Pumpstufe bzw. der Pumpstufenabschnitt in Reihe mit einer bzw. der dem Zwischeneinlass nachgeschalteten Pumpstufe bzw. dem Pumpstufenabschnitt verbunden ist. Bei diesem Axialbereich kann es sich beispielsweise um einen Zwischenstufenbereich oder um einen Axialbereich innerhalb einer Pumpstufe, beispielsweise einen Axialbereich einer Turborotorscheibe, handeln. Allgemein kann die Förderung von Gas insbesondere über den Axialbereich, in den der Zwischeneinlass mündet, und/oder über den Zwischenstufenbereich hinweg erfolgen.
  • Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Verfahren auch entsprechend der in Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Ausführungsformen und Einzelmerkmale weitergebildet werden können und umgekehrt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
    Fig. 2
    eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
    Fig. 6
    eine Auftragung eines internen Saugvermögensverlaufs einer Molekularvakuumpumpe,
    Fig. 7
    eine Molekularvakuumpumpe,
    Fig. 8
    eine Auftragung eines internen Saugvermögensverlaufs einer Molekularvakuumpumpe mit einem Blockierelement,
    Fig. 9
    eine Molekularvakuumpumpe mit Blockierelement,
    Fig. 10
    ein Blockierelement,
    Fig. 11
    ein erfindungsgemäßes woitoroo Blockierelement,
    Fig. 12
    eine Auftragung eines internen Saugvermögensverlaufs einer Molekularvakuumpumpe mit einem Blockierelement,
    Fig. 13
    ein Lecksuchgerät.
  • 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 (vgl. auch Fig. 3). 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.
  • Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.
  • 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, eingelassen 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. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.
  • 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. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.
  • Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.
  • 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. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.
  • 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. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.
  • 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 167, 169 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. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.
  • 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 Absto-ßungskräfte 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 201 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, damit eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
  • Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
  • Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
  • Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
  • Die nachfolgend beschriebenen Pumpen und Systeme sind teilweise stark schematisiert und vereinfacht dargestellt. Sie sind zwecks praktischer Umsetzung vorteilhaft mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der vorstehend beschriebenen Pumpe ausführbar. Ebenso kann die vorstehend beschriebene Pumpe vorteilhaft mit einem Blockierelement, insbesondere anstelle einer der gezeigten Statorscheiben, ausgestattet werden.
  • In Fig. 6 ist eine Auftragung zweier partieller Saugvermögen für unterschiedliche Gase innerhalb einer beispielhaften Molekularvakuumpumpe 250 gezeigt, welche in Fig. 7 dargestellt ist. Die Molekularvakuumpumpe 250 umfasst eine Turbopumpstufe 252 und eine Holweckpumpstufe 254.
  • Die Ordinate der Auftragung in Fig. 6 ist dem Saugvermögen S in L/s zugeordnet. Die Abszisse ist einer betrachteten Stelle i entlang des Strömungspfades der Molekularvakuumpumpe 250 zugeordnet. Die Turbopumpstufe 250 umfasst 16 Scheiben, die jeweils eine "Stelle" im Sinne der Auftragung der Fig. 6 darstellen. Die Holweckpumpstufe 254 stellt als Ganzes eine Stelle im Sinne der Auftragung der Fig. 6 dar. Alle Stellen i sind innerhalb des hier nicht dargestellten Gehäuses der Molekularvakuumpumpe 250 angeordnet. Die Auftragung zeigt also den Verlauf der internen partiellen Saugvermögen für die unterschiedlichen Gase.
  • Die Nummerierung der Stellen des Strömungspfades erfolgt hier entgegen der Pumprichtung. Die Turborotorscheibe an Stelle 17 bildet das hochvakuumseitige Ende der Molekularvakuumpumpe 250, wohingegen die Holweckpumpstufe 254 an Stelle 1 das druckseitige Ende der Molekularvakuumpumpe 250 bildet. Die Pumprichtung verläuft also in Fig. 6 und 7 von rechts nach links. Turbostatorscheiben weisen geradzahlige Stellennummern auf, wohingegen Turborotorscheiben ungeradzahlige Nummern aufweisen, wobei letztere zwecks Übersichtlichkeit nicht gesondert aufgeführt sind. In Fig. 7 sind aber zur Erleichterung des Verständnisses die Stellen 1 und 17 bezeichnet.
  • Im Allgemeinen ist das Saugvermögen S am hochvakuumseitigen Ende der Molekularpumpe 250, rechts in Fig. 6, recht groß und nimmt zum druckseitigen Ende der Molekularvakuumpumpe 250, in Fig. 6 nach links hin, ab.
  • Die in Fig. 6 dargestellten Saugvermögensverläufe betreffen die partiellen Saugvermögen für Helium und für Stickstoff. Entsprechend werden die Saugvermögensverläufe mit SN2 bzw. SHe bezeichnet. Diese Saugvermögensverläufe wurden - wie auch die nachfolgend noch beschriebenen Saugvermögensverläufe - durch Simulation ermittelt.
  • Die Molekularvakuumpumpe 250 umfasst einen in Pumprichtung ersten Einlass 256, welcher an Stelle 17 bzw. bei der hochvakuumseitigen Turborotorscheibe mündet. Außerdem umfasst die Molekularvakuumpumpe 250 einen Zwischeneinlass 258, welcher bei Stelle 11 bzw. bei der entsprechenden Turborotorscheibe mündet.
  • Die Einlässe 256 und 258 sind sowohl in Fig. 6 als auch in Fig. 7 angedeutet. Ferner ist in Fig. 6 eine Differenz 260 zwischen den partiellen Saugvermögen für Helium und Stickstoff beim Zwischenanschluss 258 bzw. an Stelle 11 angedeutet. Die Differenz 260 entspricht damit ΔS11= SN2;11 - SHe;11.
  • Die Fig. 8 und 9 zeigen zu den Fig. 6 und 7 ähnliche Darstellungen, weshalb bezüglich der Fig. 8 und 9 lediglich auf Besonderheiten eingegangen wird. Die betrachtete Molekularvakuumpumpe 250 ist grundsätzlich wie diejenige der Fig. 7 aufgebaut. An Stelle 6 ist allerdings keine gewöhnliche Turbostatorscheibe vorgesehen, sondern ein statisches Blockierelement 262. Das Blockierelement 262 ist sowohl in Fig. 8 als auch in Fig. 9 angedeutet.
  • Das Blockierelement 262 bewirkt eine lokale Reduzierung des Durchlassquerschnitts der Molekularvakuumpumpe 250. Dies wird zum Beispiel dadurch bewirkt, dass das Blockierelement 262 bereichsweise als geschlossene Scheibe und bereichsweise als zumindest teilweise offene Scheibe ausgebildet ist, wie es in Fig. 9 durch eine Volllinie einerseits der Rotorwelle 264 bzw. eine gestrichelte Linie andererseits der Rotorwelle 264 angedeutet ist.
  • Wie aus Fig. 8 hervorgeht, sind die partiellen Saugvermögen SN2 und SHe bei Stelle 6 bzw. beim Blockierelement 262 stark reduziert. Dies entspricht den Erwartungen des Fachmanns, da das Blockierelement 262 den Durchlassquerschnitt der Turbopumpstufe 252 lokal reduziert. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass die Saugvermögen SN2 und SHe hierdurch auch an anderen Stellen entlang des Strömungspfades beeinflusst werden, insbesondere auch an Stellen, die vom Blockierelement 262 beabstandet sind. Dies ergibt sich aus einem Vergleich der Fig. 6 und 8. Ferner hat sich gezeigt, dass die partiellen Saugvermögen SN2 und SHe nicht in gleicher Weise, sondern unterschiedlich beeinflusst werden. Es wurde erkannt, dass im Allgemeinen ein Blockierelement 262 zur gezielten Beeinflussung eines Saugvermögens an einer von der Stelle des Blockierelement 262 verschiedenen Stelle eingesetzt werden kann und dass im Besonderen der unterschiedliche Einfluss auf partielle Saugvermögen für unterschiedliche Gase ausgenutzt werden kann, um eine Differenz und/oder ein Verhältnis zwischen den partiellen Saugvermögen gezielt zu beeinflussen.
  • Insbesondere wurden durch das Blockierelement 262 die partiellen Saugvermögen SN2;11 und SHe;11 derart beeinflusst, dass die Differenz 260 zwischen diesen beiden partiellen Saugvermögen im Vergleich zu Fig. 6 bzw. zur Molekularvakuumpumpe 250 ohne Blockierelement gemäß Fig. 7 vergrößert wurde. Am Zwischeneinlass 258 wurde also letztlich das partielle Saugvermögen für Stickstoff relativ zum partiellen Saugvermögen für Helium erhöht.
  • In Fig. 10 ist ein beispielhaftes Blockierelement 262 dargestellt. Die Blickrichtung des Betrachters ist hier parallel zur Rotorwelle. Das Blockierelement 262 ist als eine Scheibe ausgebildet, die über einen Winkelbereich in Bezug auf die Rotorwelle geschlossen ausgebildet ist. Der geschlossene Winkelbereich 264 erstreckt sich hier über etwa 270°. Im übrigen Winkelbereich 266 ist das Blockierelement 262 schlicht offen. Der Bereich 266 ist also ein durchlässiger Bereich. Das hier gezeigte Blockierelement 262 bildet eine besonders einfache Ausführungsform. Die Saugvermögensverläufe gemäß Fig. 8 basieren insbesondere auf einem derartigen Blockierelement 262.
  • In seiner Mitte weist das Blockierelement 262 einen in Fig. 10 freien Zentralbereich 268 auf, durch den sich im montierten Zustand die Rotorwelle hindurch erstreckt. Somit bildet der Zentralbereich 268 keinen offenen Durchlassquerschnitt. Ein solcher wird hingegen nur durch den Winkelbereich 266 gebildet. Gleichwohl kann ein offener Zentralbereich beispielsweise auch größer als die Rotorwelle sein, sodass ein Radialbereich zwischen Blockierelement und Rotorwelle offen bzw. durchlässig ist. Dies betrifft den Innenumfang des Blockierelements. Es versteht sich, dass dies auch entsprechend für seinen Außenumfang gilt, d.h. auch am Außenumfang kann ein offener Radialbereich vorgesehen sein.
  • In Fig. 11 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Blockierelement 262 perspektivisch dargestellt. Das Blockierelement 262 der Fig. 11 umfasst einen geschlossenen Winkelbereich 264, der hier größer als 300° ist. In einem Bereich 270 ist das Blockierelement 262 durchlässig ausgebildet, weist allerdings im Gegensatz zum Bereich 266 in Fig. 10 eine pumpaktive Struktur auf. Die pumpaktive Struktur ist hier durch Turbostatorschaufeln 272 gebildet.
  • Konkret weist die pumpaktive Struktur bzw. der Bereich 270 Turbostatorschaufeln 272 mit zwei dazwischenliegenden Durchgängen 274 auf. Die Turbostatorschaufel 272.2 ist gewissermaßen als "normale" Turbostatorschaufel ausgebildet, insbesondere bildet sie eine vollständige Turbostatorschaufel. Die Turbostatorschaufeln 272.1 und 272.3 sind hingegen lediglich als teilweise oder "halbe" Turbostatorschaufeln ausgebildet. Somit weist die pumpaktive Struktur des Blockierelements 262 effektiv zwei Turbostatorschaufeln auf, was der Anzahl der Durchgänge 274 zwischen den Turbostatorschaufeln 272 entspricht.
  • Die pumpaktive Struktur des Blockierelement 262 bewirkt eine relative Angleichung der partiellen Saugvermögen für unterschiedliche Gase im Bereich des Blockierelements 262.
  • Fig. 12 zeigt eine Auftragung der partiellen Saugvermögen für Stickstoff und Helium in einer Pumpe gemäß Fig. 9, wobei das Blockierelement 262 gemäß Fig. 11 ausgebildet ist und ebenfalls an Stelle 6 vorgesehen ist. Ein Vergleich der Auftragungen der Fig. 8 und 12 an Stelle 6 zeigt, dass mit dem Blockierelement 262 gemäß Fig. 11 die partiellen Saugvermögen SN2 und SHe an der Stelle des Blockierelements 262, hier also an Stelle 6, ähnlicher sind, als beim Blockierelement 262 gemäß Fig. 10 bzw. ohne pumpaktive Struktur, insbesondere zumindest im Wesentlichen gleich.
  • Außerdem zeigt ein Vergleich der Auftragungen der Fig. 8 und 12 an Stelle 11 bzw. am Zwischeneinlass 258, dass die Differenz 260 zwischen den partiellen Saugvermögen in Fig. 12 größer ist, als dies in Fig. 8 der Fall ist. Die pumpaktive Struktur sorgt hier also für eine weitere Erhöhung der Differenz 260 der partiellen Saugvermögen bzw. für eine weitere Erhöhung des partiellen Saugvermögens SN2;11 relativ zum partiellen Saugvermögen SH2;11.
  • In Fig. 13 ist ein Lecksuchgerät 280 dargestellt. Das Lecksuchgerät 280 umfasst eine Molekularvakuumpumpe 282, eine Detektionseinrichtung 284, welche als Massenspektrometer ausgebildet ist, und einen Anschluss 286 für ein hier nicht dargestelltes Vakuumsystem, welches auf Lecks überprüft werden soll.
  • Die Molekularvakuumpumpe 282 ist als Splitflow-Pumpe ausgeführt. Sie umfasst einen ersten Einlass 288, einen Zwischeneinlass 290, einen weiteren Zwischeneinlass 292 sowie einen Auslass 294.
  • Die Molekularvakuumpumpe 282 umfasst eine Turbopumpstufe 296 und eine Holweckpumpstufe 298. Eine Pumprichtung und ein Strömungspfad verlaufen vom ersten Einlass 288 zum Auslass 294. Der Zwischeneinlass 290 mündet in der Turbopumpstufe 296. Der Zwischeneinlass 292 mündet am Eingang der Holweckpumpstufe 268. Der Auslass 294 mündet am Ende der Holweckpumpstufe 298.
  • Das Lecksuchgerät 280 umfasst ferner eine Vorvakuumpumpe 300. Über ein Leitungssystem ist der Anschluss 286 insbesondere an die Zwischeneinlässe 290 und 292 angeschlossen und die Vorvakuumpumpe 300 ist insbesondere an den Auslass 294 angeschlossen. Das Leitungssystem ist ferner so ausgebildet und durch Ventile 302 flexibel dahingehend ansteuerbar, dass sowohl der Anschluss 286 als auch die Vorvakuumpumpe 300 im Wesentlichen beliebig mit den Zwischeneinlässen 290 und 292 sowie dem Auslass 294 verbindbar bzw. von diesen trennbar sind.
  • Das Lecksuchgerät 280 wird zum Beispiel mit Helium als Prüfgas betrieben. Alternativ können beispielsweise auch Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch als Prüfgas zum Einsatz kommen. Die vorliegenden Beschreibungen der Figuren beziehen sich weitgehend lediglich auf Helium, gelten jedoch für Wasserstoff entsprechend.
  • Bei der Suche nach einem Leck wird Helium im Bereich des auf Lecks zu untersuchenden, hier nicht dargestellten Vakuumsystems verteilt und das Vakuumsystem wird über den Anschluss 286 evakuiert. Wenn das Vakuumsystem ein Leck aufweist, gelangt - neben der Umgebungsluft - Helium in das Vakuumsystem hinein und zum Anschluss 286. Dieser ist insbesondere mit dem Zwischeneinlass 290 verbunden, sodass das Helium zusammen mit den Gasbestandteilen der Umgebungsluft zum Zwischeneinlass 290 und in die Molekularvakuumpumpe 282 gelangt.
  • Die Detektionseinrichtung 284 dient der Detektion des Heliums. So wird ein gewisser Teil des Heliums vom Zwischeneinlass 290 entgegen der Pumprichtung strömen und über den ersten Einlass 288 zur Detektionseinrichtung 284 gelangen. Aus diesem Grund wird ein Lecksuchgerät nach der hier dargestellten Art auch als Gegenstromlecksuchgerät bezeichnet.
  • Grundsätzlich werden auch gewisse Mengen der Luftbestandteile entgegen der Pumprichtung strömen und zur Detektionseinrichtung 284 gelangen. Diese können die Detektionsgenauigkeit bezüglich Helium beeinträchtigen. Da Luft zum weitaus größten Teil aus Stickstoff besteht, wird dieser hier vorrangig betrachtet. Zur Verbesserung der Detektionsgenauigkeit der Detektionseinrichtung 284 bezüglich Helium wäre es also vorteilhaft, wenn ein möglichst großer Anteil an Stickstoff in Pumprichtung zum Auslass 294 abgepumpt wird, während ein möglichst großer Anteil an Helium entgegen der Pumprichtung zur Detektionseinrichtung 284 gelangt.
  • Die Molekularvakuumpumpe 282 ist mit einem Blockierelement 262 ausgestattet. Dieses ist an einer Stelle stromabwärts des Zwischeneinlasses 290 und beabstandet zu diesem angeordnet. Konkret sind mehrere pumpaktive Elemente in Pumprichtung zwischen dem Blockierelement 262 und dem Zwischeneinlass 290 vorgesehen.
  • Durch das Blockierelement 262 wird bewirkt, dass an der Stelle des Zwischeneinlasses 290 in Bezug auf den Strömungspfad das partiellen Saugvermögen für Stickstoff relativ zum partiellen Saugvermögen für Helium erhöht wird, insbesondere dass die Differenz zwischen diesen partiellen Saugvermögen erhöht wird. Dies erfolgt in ähnlicher Weise, wie es bezüglich der Fig. 8 und 12 für den Zwischeneinlass 258 bzw. Stelle 11 beschrieben ist.
  • Durch Veränderung der partiellen Saugvermögen für Stickstoff und Helium relativ zueinander verändert sich auch das Verhältnis von rückströmendem Helium zu rückströmendem Stickstoff. Insbesondere bewirkt ein partielles Saugvermögen für Stickstoff am Zwischeneinlass 290, welches relativ zum partiellen Saugvermögen für Helium groß ist, dass ein großer Teil des Stickstoffs in Pumprichtung abtransportiert wird und nur ein geringer Teil des Stickstoffs entgegen der Pumprichtung strömt. Umgekehrt bewirkt dies, dass ein geringer Teil des Heliums in Pumprichtung abtransportiert wird und ein großer Teil des Heliums entgegen der Pumprichtung strömt. Das Mengenverhältnis von rückströmendem Helium zu rückströmendem Stickstoff wird somit verbessert und hierdurch wird die Detektionsgenauigkeit des Lecksuchgeräts 280 verbessert.
    • Bezugszeichenliste
    • 111
    Turbomolekularpumpe
    113
    Einlassflansch
    115
    Pumpeneinlass
    117
    Pumpenauslass
    119
    Gehäuse
    121
    Unterteil
    123
    Elektronikgehäuse
    125
    Elektromotor
    127
    Zubehöranschluss
    129
    Datenschnittstelle
    131
    Stromversorgungsanschluss
    133
    Fluteinlass
    135
    Sperrgasanschluss
    137
    Motorraum
    139
    Kühlmittelanschluss
    141
    Unterseite
    143
    Schraube
    145
    Lagerdeckel
    147
    Befestigungsbohrung
    148
    Kühlmittelleitung
    149
    Rotor
    151
    Rotationsachse
    153
    Rotorwelle
    155
    Rotorscheibe
    157
    Statorscheibe
    159
    Abstandsring
    161
    Rotornabe
    163
    Holweck-Rotorhülse
    165
    Holweck-Rotorhülse
    167
    Holweck-Statorhülse
    169
    Holweck-Statorhülse
    171
    Holweck-Spalt
    173
    Holweck-Spalt
    175
    Holweck-Spalt
    179
    Verbindungskanal
    181
    Wälzlager
    183
    Permanentmagnetlager
    185
    Spritzmutter
    187
    Scheibe
    189
    Einsatz
    191
    rotorseitige Lagerhälfte
    193
    statorseitige Lagerhälfte
    195
    Ringmagnet
    197
    Ringmagnet
    199
    Lagerspalt
    201
    Trägerabschnitt
    203
    Trägerabschnitt
    205
    radiale Strebe
    207
    Deckelelement
    209
    Stützring
    211
    Befestigungsring
    213
    Tellerfeder
    215
    Not- bzw. Fanglager
    217
    Motorstator
    219
    Zwischenraum
    221
    Wandung
    223
    Labyrinthdichtung
    250
    Molekularvakuumpumpe
    252
    Turbopumpstufe
    254
    Holweckpumpstufe
    256
    erster Einlass
    258
    Zwischeneinlass
    260
    Differenz
    262
    Blockierelement
    264
    geschlossener Bereich
    266
    durchlässiger Bereich
    268
    Zentralbereich
    270
    durchlässiger Bereich
    272
    Turbostatorschaufel
    274
    Durchgang
    280
    Lecksuchgerät
    282
    Molekularvakuumpumpe
    284
    Detektionseinrichtung
    286
    Anschluss
    288
    erster Einlass
    290
    Zwischeneinlass
    292
    Zwischeneinlass
    294
    Auslass
    296
    Turbopumpstufe
    298
    Holweckpumpstufe
    300
    Vorvakuumpumpe
    302
    Ventil

Claims (10)

  1. Verfahren zum Beeinflussen des Saugvermögens, insbesondere eines internen Saugvermögens, einer Molekularvakuumpumpe (250, 280), welche wenigstens eine molekulare Pumpstufe (252, 254, 296, 298) umfasst, mittels derer ein gasförmiges Medium entlang eines Strömungspfades von einem Einlass (256, 258, 288, 290) zu einem Auslass der Molekularvakuumpumpe (250, 280) förderbar ist, wobei die Pumpstufe (252, 254, 296, 298) eine Pumprichtung und quer zur Pumprichtung einen Durchlassquerschnitt aufweist,
    wobei das Beeinflussen des Saugvermögens an einer ersten Stelle im Strömungspfad der Molekularvakuumpumpe (250, 280) erfolgt, nämlich durch Vorsehen eines Blockierelements (262) an einer zweiten, von der ersten Stelle verschiedenen Stelle im Strömungspfad der Molekularvakuumpumpe (250, 280), durch welches der Durchlassquerschnitt lokal reduziert ist, wobei das Blockierelement (262) derart ausgebildet ist, dass ein partielles Saugvermögen für ein erstes Gas und ein partielles Saugvermögen für ein zweites Gas an der zweiten Stelle zumindest im Wesentlichen gleich sind, wobei die zweite Stelle von der ersten Stelle beabstandet ist,
    wobei die erste Stelle innerhalb eines Gehäuses der Molekularvakuumpumpe (250), in einem mit einem Einlass (258, 256, 288, 290) direkt verbundenen Bereich und/oder in einem Axialbereich eines Einlasses (258, 256, 288, 290), insbesondere Zwischeneinlasses, angeordnet ist, und wobei die zweite Stelle außerhalb eines Einlassbereichs angeordnet ist, und wobei das, insbesondere interne, Saugvermögen an der ersten Stelle derart beeinflusst wird, dass dort eine Differenz und/oder ein Verhältnis zwischen einem partiellen Saugvermögen für ein erstes Gas und einem partiellen Saugvermögen für ein zweites Gas erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei die zweite Stelle stromabwärts der ersten Stelle angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei das erste Gas eine molare Masse von mehr als 10 g/mol, insbesondere von mehr als 20 g/mol, aufweist, und/oder
    wobei das zweite Gas eine molare Masse von weniger als 10 g/mol, insbesondere weniger als 5 g/mol, aufweist, und/oder
    wobei das erste Gas Stickstoff und/oder Luft ist und/oder wobei das zweite Gas Helium und/oder Wasserstoff ist.
  4. Molekularvakuumpumpe (250, 282), insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe, mit
    wenigstens einer molekularen Pumpstufe (252, 254, 296, 298), mittels derer ein gasförmiges Medium entlang eines Strömungspfades von einem Einlass (256, 258, 288, 290) zu einem Auslass (294) der Molekularvakuumpumpe (250, 282) förderbar ist,
    wobei die Pumpstufe (252, 254, 296, 298) eine Pumprichtung und quer zur Pumprichtung einen Durchlassquerschnitt aufweist,
    wobei ein, insbesondere statisches, Blockierelement (262) vorgesehen ist,
    durch welches der Durchlassquerschnitt lokal reduziert ist, wobei das Blockierelement (262) innerhalb einer Pumpstufe (252, 254, 296, 298) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Blockierelement (262) über einen Winkelbereich (264) von mehr als 180° in Bezug auf eine Rotationsachse eines Pumpenrotors geschlossen ist, insbesondere über einen Winkelbereich von mehr als 270°,
    wobei das Blockierelement (262) im restlichen Winkelbereich eine pumpaktive Struktur (270) aufweist.
  5. Molekularvakuumpumpe (250, 282) nach Anspruch 4,
    wobei die Molekularvakuumpumpe (250, 282) einen Zwischeneinlass (258, 290) umfasst, der innerhalb der Pumpstufe (252, 296) oder zwischen zwei Pumpstufen (252, 296) angeordnet ist.
  6. Molekularvakuumpumpe (250, 282) nach Anspruch 4 oder 5,
    wobei das Blockierelement (262) in Pumprichtung nach einem Einlass (256, 258, 288, 290), insbesondere nach einem Zwischeneinlass, angeordnet ist.
  7. Molekularvakuumpumpe (250, 282) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6,
    wobei das Blockierelement (262) außerhalb eines Einlassbereichs angeordnet ist.
  8. Molekularvakuumpumpe (250, 282) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7,
    wobei die pumpaktive Struktur eine Anzahl, insbesondere eine effektive Anzahl, pumpaktiver Merkmale (272) aufweist, wobei die Anzahl wenigstens 1 und/oder höchstens 10, insbesondere höchstens 4, beträgt.
  9. Lecksuchgerät umfassend:
    eine Molekularvakuumpumpe (282) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, und eine Detektionseinrichtung (284) zur Detektion eines Prüfgases, wobei die Molekularvakuumpumpe (282) einen ersten Einlass (288) und
    einen Zwischeneinlass (290) umfasst,
    wobei der erste Einlass (288) an die Detektionseinrichtung (284), insbesondere ein
    Massenspektrometer, angeschlossen ist,
    wobei der Zwischeneinlass (290) an einem auf Lecks zu untersuchender Vakuumsystem angeschlossen oder anschließbar ist,
    wobei das Blockierelement (262) stromabwärts des Zwischeneinlasses (290) vorgesehen ist, und
    wobei wenigstens ein pumpaktives Element in Pumprichtung zwischen d Zwischeneinlass (290) und dem Blockierelement (262) vorgesehen ist.
  10. Verwendung einer Molekularvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8 zum Suchen eines Lecks in einem Vakuumsystem.
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