EP4194700A1 - Vacuum pump with a holweck pump stage with variable holweck geometry - Google Patents

Vacuum pump with a holweck pump stage with variable holweck geometry Download PDF

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EP4194700A1
EP4194700A1 EP23168408.5A EP23168408A EP4194700A1 EP 4194700 A1 EP4194700 A1 EP 4194700A1 EP 23168408 A EP23168408 A EP 23168408A EP 4194700 A1 EP4194700 A1 EP 4194700A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thread
holweck
section
sleeve
vacuum pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23168408.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maximilian Birkenfeld
Heiko BRÜCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum Technology AG filed Critical Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority to EP23168408.5A priority Critical patent/EP4194700A1/en
Publication of EP4194700A1 publication Critical patent/EP4194700A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044Holweck-type pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/23Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/232Three-dimensional prismatic conical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/29Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294Three-dimensional machined; miscellaneous grooved

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, also referred to here only as a pump, in particular a turbomolecular vacuum pump, according to the preamble of claim 1 with at least one Holweck pump stage.
  • Vacuum pumps are used in various areas of technology. Depending on the requirements, vacuum pumps can have one or more pump stages.
  • Holweck pump stages belong to the category of molecular vacuum pumps and generate a molecular flow by rotating a Holweck rotor relative to a stationary Holweck stator.
  • a vacuum pump can comprise one or more Holweck pump stages, it being possible for a number of Holweck pump stages to be operated both in series and in parallel with one another.
  • Holweck pumping stages are used in turbomolecular vacuum pumps, downstream of one or more turbomolecular pumping stages.
  • a Holweck pump stage usually comprises a Holweck rotor and a Holweck stator, the Holweck rotor having a rotor shaft on which one or more Holweck rotor sleeves are provided concentrically by means of a Holweck hub, for example in the form of a disk.
  • the Holweck stator sleeve has a single or multi-start Holweck thread. The gas molecules to be pumped are pumped by the rotating movement of the Holweck rotor relative to the Holweck stator along the thread turns from an inlet to an outlet of the respective Holweck pump stage.
  • a thread includes a spirally circumferential Holweck channel delimited by the walls of a web in the form of a thread groove, in which the gas molecules are conveyed when the rotor sleeve rotates relative to the stator sleeve.
  • Holweck arrangements in which several Holweck pump stages are arranged concentrically to one another and nested one inside the other, so that the pumping direction of Holweck pump stages that follow one another radially is opposite to one another.
  • Two successive Holweck pump stages in the direction of flow - a (radial) outer Holweck pump stage and a (radial) inner Holweck pump stage - can thus comprise a common Holweck stator, which is provided with a Holweck thread on both sides and is located in the radial direction between two rotor sleeves.
  • the Holweck geometry and in particular the formation of the Holweck thread influences the characteristics of the Holweck pump stage, such as its suction and/or compression capacity and the power consumption of the pump motor.
  • the Holweck geometry usually does not change over the axial extent of a Holweck stator sleeve, the parameters in question can only be set to a limited extent when designing the pump.
  • the Holweck stator of a Holweck pump stage can be formed by several separate sleeve sections, which are arranged axially one behind the other or in parallel in the pumping direction are arranged immediately adjacent to each other.
  • the individual sleeve sections can, for example, in terms of the number of webs or the distinguish threads formed by the webs, whereby the parameters in question are influenced.
  • Holweck stator sleeves are limited downwards, for example for manufacturing and assembly reasons. Since Holweck stator sleeves must not fall below a certain minimum axial extent, replacing one sleeve section with another one with, for example, a larger number of webs and/or a different thread pitch can only change the parameters of a Holweck pump stage in relatively large steps .
  • the invention is therefore based on the object of further developing a generic vacuum pump in such a way that the parameters of the Holweck pump stage can be changed in relatively small steps or in a finely dosed manner.
  • a vacuum pump having the features of claim 1 and in particular in that in the case of a one-piece stator sleeve the thread geometry of the Holweck thread changes over the axial extent of the stator sleeve.
  • at least one thread parameter of the Holweck thread from the group of thread parameters consisting of the number of webs, the thread pitch, the width of the thread grooves, the width of the webs and the height of the webs over the groove bottom, changes over the axial extent of the stator sleeve.
  • stator sleeve at the outlet of the Holweck pump stage can, for example, have a threaded section with a relatively small axial extent, in which the number of webs or the number of thread grooves is greater than in a threaded section located upstream thereof.
  • the height dimension or the axial extension of the outlet-side threaded section can be made almost as small as desired due to the one-piece design of the stator sleeve, it is thus possible to change the compression capacity at the outlet of the Holweck pump stage in relatively small steps. This applies in particular when not only the number of webs changes over the axial extent of the stator sleeve, but also, for example, the thread pitch and/or the width of the thread grooves and the width of the webs over the axial extent of the stator sleeve.
  • the parameters of Holweck pump stages with a relatively small axial extent can also be modified, since a stator sleeve with a relatively small height dimension can also be designed in such a way that at least one thread parameter changes over the axial extent of the stator sleeve.
  • a multi-part design of the stator sleeve from two separate sleeve sections to be arranged axially one behind the other is ruled out, since the sleeve sections must not have a minimum axial extent for manufacturing and/or assembly reasons.
  • the Holweck thread has a first thread section, which extends in the axial direction over a first height dimension of the stator sleeve, and downstream of the first thread section a second thread section, which extends in the axial direction over a second height dimension of the stator sleeve and/or comprises at least one third threaded section downstream of the second threaded section, which extends in the axial direction over a third height dimension of the stator sleeve, wherein at least one threaded section of the three threaded sections extends from another threaded section of the three threaded sections by at least one thread parameter from the group differs from thread parameters.
  • the number of webs in the third threaded section can be greater than in the second threaded section, it being possible in particular for the number of webs in the third threaded section to be twice as large as in the second threaded section. Due to the fact that on the fore-vacuum side or in the outlet of the Holweck pump stage the number of webs and thus the number of thread grooves is greater than at the inlet of the Holweck pump stage, a higher compression capacity can be achieved at the outlet of the Holweck pump stage than at the inlet of the Holweck Achieve pumping stage.
  • the pumping speed is considered to be the volume flow, ie the volume that can be conveyed through a cross-sectional area of a thread groove per unit of time.
  • the compression capacity preferably relates to the component length, ie it is based on the compression capacity per overall length.
  • the compression ratio can be regarded as the compression capacity, which can be reached by the respective threaded portion at its respective downstream end. In other words, the compression capacity describes the pressure ratio between the inlet and outlet of a respective thread groove.
  • the number of webs in the second threaded section can also be greater than the number of webs in the first threaded section, which would mean that the number of webs increases gradually starting from the inlet of the Holweck pump stage in the direction of the outlet of the same;
  • the number of webs in the second threaded section can also be the same as the number of webs in the first threaded section, so that viewed from this perspective, the stator sleeve has, so to speak, only two threaded sections with a different number of webs.
  • the width of the thread grooves in the third thread section is smaller than in the second thread section.
  • the width of the thread grooves in the third thread section is less than half as large as in the second thread section. If, for example, the Holweck stator sleeve has a first set of spirally circumferential webs that extend from the inlet to the outlet of the Holweck pump stage, additional webs can be formed in the thread grooves formed thereby in the third thread section, through which the mutual spacing of the webs of the first set of ridges is reduced.
  • the width of the thread grooves in the second thread section is the same as the width of the thread grooves in the first thread section, so that in this case the Holweck pump stage effectively has only two thread sections with different thread groove widths.
  • the number of webs in the second threaded section is greater than in the first threaded section. With the web width remaining the same, this means that the width of the thread grooves in the third thread section is significantly smaller than in the first thread section, which means that the compression capacity tends to increase in the direction of the outlet of the Holweck pump stage, whereas the suction capacity increases in the direction of the inlet of the Holweck pump stage .
  • the number of webs in the third threaded section is greater than in the second threaded section
  • the number of webs in the first threaded section is also greater than in the second threaded section is.
  • the number of webs in the first threaded section is the same as the number of webs in the third threaded section.
  • the number of thread grooves in the central second thread section is less than in the first and third thread sections on the inlet and outlet side.
  • the groove base defines a base envelope which is conical in at least one of the three thread sections is.
  • the groove base defines a conicity angle that has a different value in at least one of the three threaded sections than in another threaded section.
  • the conicity angle in the first thread section can be smaller than in the second thread section and/or than in the third thread section, which means that the basic envelope in the first thread section tapers less in the direction of the outlet of the Holweck pump stage than in the second or in the third threaded section.
  • This configuration can prove particularly advantageous when the Holweck pump stage has an intermediate inlet at the downstream end of the first threaded section, since in this case an increase in pumping speed can be recorded at the intermediate inlet.
  • the height dimension of the respective threaded section makes up 15 to 50%, preferably 25 to 40% and particularly preferably 30 to 35% of the entire axial extent of the stator sleeve.
  • the threaded section in question therefore has a relatively small axial extension - the parameters such as the pumping speed, the compression capacity and/or the power consumption of the Holweck -Adjust the pump stage in relatively small steps.
  • the stator sleeve usually surrounds the rotor sleeve.
  • the Holweck thread is thus designed as an internal thread on the stator sleeve. If, on the other hand, the rotor sleeve surrounds the stator sleeve, then in this case the Holweck thread would have to be designed as an external thread on the stator sleeve.
  • the vacuum pump can also comprise a "folded" Holweck arrangement, as was described in the introduction.
  • the Holweck rotor comprises an inner rotor sleeve and an outer rotor sleeve concentrically surrounding the inner rotor sleeve
  • the Holweck stator comprises an outer stator sleeve concentrically surrounding the outer rotor sleeve and an inner stator sleeve concentrically surrounding the inner rotor sleeve.
  • the Holweck thread is designed as an internal thread on the outer stator sleeve, as an internal thread on the inner stator sleeve and/or as an external thread on the inner stator sleeve.
  • the stator sleeve instead of the first and/or third threaded section, forms a section with a thread-free cylindrical lateral surface, into which a separately manageable ring is fitted as an additional component, which has a threaded section which, together with at least the second threaded section forms the Holweck thread of the stator sleeve, the threaded section of the ring differing from the second threaded section by at least one thread parameter from the aforementioned group of thread parameters.
  • the groove base of the threaded portion of the ring defines a conical base envelope, with the base envelope tapering in the direction of the outlet of the Holweck pump stage.
  • the 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 when the vacuum pump is aligned 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 (cf. also 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 through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) before the pumped gas in the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, can be admitted.
  • 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 conducted into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on 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 fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were.
  • the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.
  • various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are fastened to one another.
  • a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .
  • Attachment bores 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be attached to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pump 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 an axis of rotation 151 .
  • the turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pumping stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened 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 discs 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159 .
  • the vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pumping stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction. Also provided are two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169, which are also oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are nested in one another when viewed in the radial direction.
  • the active pumping surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie 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 forming with it the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps.
  • the radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and therewith forms a second Holweck pumping stage.
  • the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and therewith forms the third Holweck pumping stage.
  • a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel may be provided, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 can be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 .
  • the above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running in a spiral shape around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Advance vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for the rotatable mounting of the rotor shaft 153 .
  • a conical injection nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 .
  • the injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store.
  • an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.
  • the resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, for example with a lubricant.
  • the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
  • the roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are surrounded by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145 in the vacuum pump.
  • the permanent magnet bearing 183 comprises a bearing half 191 on the rotor side and a bearing half 193 on the stator side, which each comprise a ring stack 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, forming a radial bearing gap 199, the ring magnets 195 on the rotor side being arranged radially on the outside and the ring magnets 197 on the stator side being arranged radially on the inside.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 produces magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
  • the ring magnets 195 on the rotor side are carried by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside.
  • the ring magnets 197 on the stator side are carried by a support section 203 on the stator side, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119 .
  • the ring magnets 195 on the rotor side are fixed parallel to the axis of rotation 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201 .
  • the ring magnets 197 on the stator side are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the support section 203 and a fastening ring 211 connected to the support section 203 .
  • a disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197 .
  • An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages in the event of an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator, in order to create a radial stop for the rotor 149 to form, so that a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures.
  • the backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller 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 engages is dimensioned large enough so that the backup bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that the rotor-side structures collide with the stator-side structures 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, whose rotor shaft 153 extends through the motor stator 217 therethrough.
  • a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 that extends through the motor stator 217 .
  • the motor stator 217 is fixed in the housing inside the motor room 137 provided for the electric motor 125 .
  • a sealing gas which is also referred to as flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can reach the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135 .
  • the electric motor 125 before process gas, for example corrosive components of the process gas are protected.
  • the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117 , ie the vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.
  • a labyrinth seal 223, known per se, can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.
  • the Holweck stator sleeves 167, 169 can have an internal or external Holweck thread 16, as shown schematically as a development in FIG 6 is shown.
  • the Holweck geometry remains the same there over the entire axial extent of the Holweck stator sleeve 167, 169 between the inlet E and the outlet A of the Holweck pump stage, and in particular the number of webs 12 that form the Holweck Form thread 16 between the inlet E and the outlet A constant.
  • the pitch of the thread, the width of the webs 12, the width of the thread grooves 14 and the height of the webs 12 is constant over the axial extent of the stator sleeves 167, 169.
  • stator sleeves 10 are now described below, which can be installed in the turbomolecular vacuum pump 111 instead of the illustrated stator sleeves 167, 169, although the other structure of the turbomolecular vacuum pump 111 as well as the basic structure of the Holweck pump stage with three nested pump stages are retained can be.
  • the stator sleeve 10 or the Holweck thread 16 formed by its thread ridges 12 between inlet E and outlet A has three thread sections I, II, III, with the number of thread ridges 12 in the most downstream third thread section III being twice as many is large as in the second threaded portion II.
  • the number of webs 12 in the second threaded portion II is equal to the number of webs 12 in the first threaded portion I, so that in the embodiment of 7 basically there are only two thread sections with different Holweck geometry.
  • the compression capacity increases in the direction of outlet A, whereas in the direction of inlet E the pumping speed of the Holweck pump stage increases.
  • the stator sleeve 10 effectively has three threaded sections I, II and III, each with a different Holweck geometry.
  • the number of webs 12 in the central second threaded section II is greater than in the first threaded section I on the inlet side and smaller than in the third threaded section III on the outlet side, with the result that the width of the thread grooves in the third threaded section III is significantly smaller than in the first thread section I.
  • the number of webs 12 in the central threaded section II is smaller than both in the first threaded section I on the inlet side and in the third threaded section III on the outlet side.
  • the opposite conditions can also exist, so that, for example, in the central second threaded section II the number of webs 12 can be greater than in the first threaded section I on the inlet side and in the third threaded section III on the outlet side.
  • the thread pitch changes in the previously with reference to the Figures 7 to 9 described embodiments between the inlet E and the outlet A not; Depending on the design of the respective Holweck pump stage, however, the thread pitch can also change over the axial extent of the stator sleeve 10, as can the width of the thread grooves 14, the width of the webs 12 and/or the height of the webs 12 above the groove base 18 of the respective thread groove 14 may apply.
  • the threaded sections I, II, III each have an axial extent between the inlet E and the outlet A, which is approximately 30 to 35% of the axial extent of the stator sleeve 10 .
  • the axial extent of the respective threaded sections can therefore be very small, particularly when the stator sleeve 10 in its entirety already has a relatively small axial extent, as a result of which the parameters of the Holweck pump stage can be finely adjusted.
  • the 10 shows a further embodiment of a folded Holweck pump stage, in which the radially outer stator sleeve 10 is formed by two threaded sections I, II located between inlet E and outlet A.
  • the conicity angle ⁇ in the second threaded section II can also be smaller than in the first threaded section I.
  • the conicity angle ⁇ can also be the same size in both thread sections I and II; however, the conicity angle ⁇ in the second threaded section II is greater than in the first threaded section I, as in FIG 10 is shown, an increase in pumping speed of the order of up to 20% can be achieved at the transition from the first threaded section I to the second threaded section II, in particular when the admission pressure or the pressure at outlet A is relatively high and is in the range between 1 and approx. 10 mbar, see the diagram in the 11 .
  • the third threaded section III which is located at the outlet of the Holweck pump stage, is formed by a ring 22 that can be handled separately and has an internal thread formed thereon, with the basic envelope of the thread grooves 14 being formed conically here as well tapers towards outlet A.
  • stator sleeve 10 has at its outlet end A a section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26, into which ring 22 can be fitted, so that the two upstream threaded sections I, II together with the threaded section of the ring 22 form the Holweck thread 16 of the stator sleeve 10 .
  • the threaded section of the ring 22 can differ from the other two threaded sections I, II by at least one thread parameter such as the thread pitch, the number of webs 12, the width of the thread groove 14, the width of the webs 12 and the height of the webs 12 differ above the groove base 18 in order to be able to finely adjust the parameters of the Holweck pump stage.
  • the ring 22 is to a certain extent a stator sleeve that can be handled separately; However, since the ring 22 is received by the section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26 of the stator sleeve 10, the ring 22 can be manufactured with a relatively small axial extent without this leading to any loss of stability, since the ring 22 is to a certain extent through the section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26 is supported and stiffened.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit zumindest einer Holweck-Pumpstufe mit einem Einlass und einem Auslass in Pumprichtung stromabwärts des Einlasses. Die Holweck-Pumpstufe umfasst einen Holweck-Rotor mit einer Rotorhülse und einen Holweck-Stator mit einer Statorhülse, die unter Bildung eines Holweckspalts koaxial zu dem Holweck-Rotor angeordnet ist. Die Statorhülse weist ein Holweck-Gewinde mit mehreren Gewindenuten auf, die durch an der Statorhülse ausgebildete Stege und durch einen durch die Statorhülse gebildeten Nutgrund begrenzt sind. Die Statorhülse ist einstückig ausgebildet und zumindest ein Gewindeparameter des Holweck-Gewindes aus der Gruppe von Gewindeparametern, die aus der Anzahl der Stege, der Gewindesteigung, der Breite der Gewindenuten, der Breite der Stege und der Höhe der Stege über dem Nutgrund besteht, ändert sich über die axiale Erstreckung der Statorhülse .The present invention relates to a vacuum pump with at least one Holweck pump stage with an inlet and an outlet downstream of the inlet in the pumping direction. The Holweck pump stage includes a Holweck rotor with a rotor sleeve and a Holweck stator with a stator sleeve arranged coaxially with the Holweck rotor to form a Holweck gap. The stator sleeve has a Holweck thread with a plurality of thread grooves, which are delimited by webs formed on the stator sleeve and by a groove base formed by the stator sleeve. The stator sleeve is designed in one piece and at least one thread parameter of the Holweck thread from the group of thread parameters consisting of the number of lands, the thread pitch, the width of the thread grooves, the width of the lands and the height of the lands above the groove base changes over the axial extent of the stator sleeve.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hier auch nur als Pumpe bezeichnete Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularvakuumpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit zumindest einer Holweck-Pumpstufe.The present invention relates to a vacuum pump, also referred to here only as a pump, in particular a turbomolecular vacuum pump, according to the preamble of claim 1 with at least one Holweck pump stage.

Vakuumpumpen werden in verschiedenen Gebieten der Technik eingesetzt. Je nach Anforderung können Vakuumpumpen eine oder mehrere Pumpstufen aufweisen. Allgemein gehören Holweck-Pumpstufen zur Gattung der Molekularvakuumpumpen und erzeugen durch Drehung eines Holweck-Rotors relativ zu einem feststehenden Holweck-Stator eine molekulare Strömung. Grundsätzlich kann eine Vakuumpumpe eine oder mehrere Holweck-Pumpstufen umfassen, wobei mehrere Holweck-Pumpstufen sowohl seriell als auch parallel zueinander betrieben werden können. Typischerweise werden Holweck-Pumpstufen in Turbomolekularvakuumpumpen eingesetzt, wobei sie einer oder mehreren Turbomolekularpumpstufen in Strömungsrichtung nachgeschaltet sind.Vacuum pumps are used in various areas of technology. Depending on the requirements, vacuum pumps can have one or more pump stages. In general, Holweck pump stages belong to the category of molecular vacuum pumps and generate a molecular flow by rotating a Holweck rotor relative to a stationary Holweck stator. In principle, a vacuum pump can comprise one or more Holweck pump stages, it being possible for a number of Holweck pump stages to be operated both in series and in parallel with one another. Typically, Holweck pumping stages are used in turbomolecular vacuum pumps, downstream of one or more turbomolecular pumping stages.

Eine Holweck-Pumpstufe umfasst üblicherweise einen Holweck-Rotor und einen Holweck-Stator, wobei der Holweck-Rotor eine Rotorwelle aufweist, an welcher mittels einer zum Beispiel scheibenförmigen Holweck-Nabe eine oder mehrere Holweck-Rotorhülsen konzentrisch vorgesehen sind. Die Holweck-Statorhülse ist mit einem ein- oder mehrgängigen Holweck-Gewinde versehen. Die zu fördernden Gasmoleküle werden durch die rotierende Bewegung des Holweck-Rotors relativ zu dem Holweck-Stator entlang der Gewindegänge von einem Einlass zu einem Auslass der jeweiligen Holweck-Pumpstufe gefördert. Ein Gewindegang umfasst einen durch die Wände eines Stegs begrenzten spiralförmig umlaufenden Holweck-Kanal in Form einer Gewindenut, in der die Gasmoleküle gefördert werden, wenn sich die Rotorhülse relativ zur Statorhülse dreht.A Holweck pump stage usually comprises a Holweck rotor and a Holweck stator, the Holweck rotor having a rotor shaft on which one or more Holweck rotor sleeves are provided concentrically by means of a Holweck hub, for example in the form of a disk. The Holweck stator sleeve has a single or multi-start Holweck thread. The gas molecules to be pumped are pumped by the rotating movement of the Holweck rotor relative to the Holweck stator along the thread turns from an inlet to an outlet of the respective Holweck pump stage. A thread includes a spirally circumferential Holweck channel delimited by the walls of a web in the form of a thread groove, in which the gas molecules are conveyed when the rotor sleeve rotates relative to the stator sleeve.

Ferner sind sogenannte "gefaltete" Holweck-Anordnungen bekannt, bei denen mehrere Holweck-Pumpstufen konzentrisch zueinander angeordnet und ineinander geschachtelt sind, so dass die Pumprichtung von radial unmittelbar aufeinanderfolgenden Holweck-Pumpstufen einander entgegengesetzt ist. Zwei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Holweck-Pumpstufen - eine (radial) äußere Holweck-Pumpstufe und eine (radial) innere Holweck-Pumpstufe - können somit einen gemeinsamen, beidseitig mit jeweils einem Holweck-Gewinde versehenen Holweck-Stator umfassen, der sich in radialer Richtung zwischen zwei Rotorhülsen befindet.Furthermore, so-called “folded” Holweck arrangements are known, in which several Holweck pump stages are arranged concentrically to one another and nested one inside the other, so that the pumping direction of Holweck pump stages that follow one another radially is opposite to one another. Two successive Holweck pump stages in the direction of flow - a (radial) outer Holweck pump stage and a (radial) inner Holweck pump stage - can thus comprise a common Holweck stator, which is provided with a Holweck thread on both sides and is located in the radial direction between two rotor sleeves.

Grundsätzlich beeinflusst die Holweck-Geometrie und insbesondere die Ausbildung des Holweck-Gewindes die Kenngrößen der Holweck-Pumpstufe wie beispielsweise deren Saug- und/oder Kompressionsvermögen sowie die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors. Da sich jedoch üblicherweise die Holweck-Geometrie über die axiale Erstreckung einer Holweck-Statorhülse hinweg nicht verändert, lassen sich die in Rede stehenden Kenngrößen nur in beschränktem Umfang bei der Pumpenauslegung einstellen.Basically, the Holweck geometry and in particular the formation of the Holweck thread influences the characteristics of the Holweck pump stage, such as its suction and/or compression capacity and the power consumption of the pump motor. However, since the Holweck geometry usually does not change over the axial extent of a Holweck stator sleeve, the parameters in question can only be set to a limited extent when designing the pump.

Um mehr Gestaltungsspieleraum bei der Pumpenauslegung hinsichtlich der Kenngrößen einer Holweck-Pumpstufe wie beispielsweise deren Saug- und/oder Kompressionsvermögen sowie deren Leistungsaufnahme zu haben, kann der Holweck-Stator einer Holweck-Pumpstufe durch mehrere separate Hülsenabschnitte gebildet werden, welche in Pumprichtung axial hintereinander bzw. unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Die einzelnen Hülsenabschnitte können sich dabei beispielsweise hinsichtlich der Anzahl an Stegen bzw. der durch die Stege gebildete Gewindegänge unterscheiden, wodurch die in Rede stehenden Kenngrößen beeinflusst werden.In order to have more design freedom when designing the pump with regard to the parameters of a Holweck pump stage, such as its suction and/or compression capacity and its power consumption, the Holweck stator of a Holweck pump stage can be formed by several separate sleeve sections, which are arranged axially one behind the other or in parallel in the pumping direction are arranged immediately adjacent to each other. The individual sleeve sections can, for example, in terms of the number of webs or the distinguish threads formed by the webs, whereby the parameters in question are influenced.

Die axiale Erstreckung von Holweck-Statorhülsen ist jedoch nach unten hin beispielswiese aus fertigungs- und montagetechnischen Gründen begrenzt. Da Holweck-Statorhülsen somit eine gewisse minimale axiale Erstreckung nicht unterschreiten dürfen, lassen sich durch den Austausch eines Hülsenabschnitts durch einen anderen mit beispielsweise einer größeren Anzahl an Stegen und/oder einer anderen Gewindesteigung somit die Kenngrößen einer Holweck-Pumpstufe nur in relativ großen Schritten verändern.However, the axial extent of Holweck stator sleeves is limited downwards, for example for manufacturing and assembly reasons. Since Holweck stator sleeves must not fall below a certain minimum axial extent, replacing one sleeve section with another one with, for example, a larger number of webs and/or a different thread pitch can only change the parameters of a Holweck pump stage in relatively large steps .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vakuumpumpe derart weiterzubilden, dass sich die Kenngrößen der Holweck-Pumpstufe in verhältnismäßig kleinen Schritten bzw. fein dosiert verändern lassen.The invention is therefore based on the object of further developing a generic vacuum pump in such a way that the parameters of the Holweck pump stage can be changed in relatively small steps or in a finely dosed manner.

Diese Aufgabe wird mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass sich bei einer einstückig ausgebildeten Statorhülse die Gewindegeometrie des Holweck-Gewindes über die axiale Erstreckung der Statorhülse hinweg ändert. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich bei einer einstückig ausgebildeten Statorhülse zumindest ein Gewindeparameter des Holweck-Gewindes aus der Gruppe von Gewindeparametern, die aus der Anzahl der Stege, der Gewindesteigung, der Breite der Gewindenuten, der Breite der Stege und der Höhe der Stege über dem Nutgrund besteht, über die axiale Erstreckung der Statorhülse hinweg ändert.This object is achieved with a vacuum pump having the features of claim 1 and in particular in that in the case of a one-piece stator sleeve the thread geometry of the Holweck thread changes over the axial extent of the stator sleeve. In particular, it is provided according to the invention that, in the case of a one-piece stator sleeve, at least one thread parameter of the Holweck thread from the group of thread parameters consisting of the number of webs, the thread pitch, the width of the thread grooves, the width of the webs and the height of the webs over the groove bottom, changes over the axial extent of the stator sleeve.

Um beispielsweise vorvakuumseitig bzw. am Auslass der Holweck-Pumpstufe für ein höheres Kompressionsvermögen und hochvakuumseitig bzw. am Einlass der Holweck-Pumpstufe für ein geringeres Kompressionsvermögen bzw. ein höheres Saugvermögen zu sorgen, kann die Statorhülse am Auslass der Holweck-Pumpstufe beispielsweise einen Gewindeabschnitt mit einer verhältnismäßig geringen axialen Erstreckung aufweisen, in dem die Anzahl der Stege bzw. die Anzahl der Gewindenuten größer ist als in einem sich stromaufwärts davon befindlichen Gewindeabschnitt. Da die Höhenabmessung bzw. die axiale Erstreckung des auslassseitigen Gewindeabschnitts aufgrund der einstückigen Ausbildung der Statorhülse annähernd beliebig gering ausgebildet werden kann, ist es somit möglich, das Kompressionsvermögen am Auslass der Holweck-Pumpstufe in verhältnismäßig kleinen Schritten zu verändern. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich über die axiale Erstreckung der Statorhülse nicht nur die Anzahl der Stege, sondern beispielsweise zusätzlich auch die Gewindesteigung und/oder die Breite der Gewindenuten sowie die Breite der Stege über die axiale Erstreckung der Statorhülse ändert.For example, on the fore-vacuum side or at the outlet of the Holweck pump stage for a higher compression capacity and on the high-vacuum side or at the inlet of the Holweck pump stage for a lower compression capacity or a higher one To ensure pumping speed, the stator sleeve at the outlet of the Holweck pump stage can, for example, have a threaded section with a relatively small axial extent, in which the number of webs or the number of thread grooves is greater than in a threaded section located upstream thereof. Since the height dimension or the axial extension of the outlet-side threaded section can be made almost as small as desired due to the one-piece design of the stator sleeve, it is thus possible to change the compression capacity at the outlet of the Holweck pump stage in relatively small steps. This applies in particular when not only the number of webs changes over the axial extent of the stator sleeve, but also, for example, the thread pitch and/or the width of the thread grooves and the width of the webs over the axial extent of the stator sleeve.

Darüber hinaus können auch die Kenngrößen von Holweck-Pumpstufen mit verhältnismäßig geringer axialer Erstreckung modifiziert werden, da sich auch eine Statorhülse mit einer verhältnismäßig geringen Höhenabmessung derart ausbilden lässt, dass sich zumindest ein Gewindeparameter über die axiale Erstreckung der Statorhülse hinweg ändert. Bei derartigen Statorhülsen mit verhältnismäßig geringer Axialerstreckung scheidet hingegen eine mehrteilige Ausbildung der Statorhülse aus zwei axial hintereinander anzuordnenden separaten Hülsenabschnitten aus, da aus fertigungs- und/oder montagetechnischen Gründen eine minimale Axialerstreckung der Hülsenabschnitte nicht unterschritten werden darf.In addition, the parameters of Holweck pump stages with a relatively small axial extent can also be modified, since a stator sleeve with a relatively small height dimension can also be designed in such a way that at least one thread parameter changes over the axial extent of the stator sleeve. In the case of such stator sleeves with a relatively small axial extent, on the other hand, a multi-part design of the stator sleeve from two separate sleeve sections to be arranged axially one behind the other is ruled out, since the sleeve sections must not have a minimum axial extent for manufacturing and/or assembly reasons.

Im Folgenden wird nun auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eingegangen. Weitere Ausführungsformen können sich auch aus den abhängigen Ansprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Zeichnungen selbst ergeben.Preferred embodiments of the invention will now be discussed below. Further embodiments can also result from the dependent claims, the description of the figures and the drawings themselves.

So kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Holweck-Gewinde einen ersten Gewindeabschnitt, der sich in axialer Richtung über eine erste Höhenabmessung der Statorhülse erstreckt, stromabwärts des ersten Gewindeabschnitts einen zweiten Gewindeabschnitt, der sich in axialer Richtung über eine zweite Höhenabmessung der Statorhülse erstreckt, und/oder stromabwärts des zweiten Gewindeabschnitts zumindest einen dritten Gewindeabschnitt umfasst, der sich in axialer Richtung über eine dritte Höhenabmessung der Statorhülse erstreckt, wobei sich zumindest ein Gewindeabschnitt der drei Gewindeabschnitte von einem anderen Gewindeabschnitt der drei Gewindeabschnitte durch zumindest einen Gewindeparameter aus der Gruppe von Gewindeparametern unterscheidet.According to one embodiment, it can be provided that the Holweck thread has a first thread section, which extends in the axial direction over a first height dimension of the stator sleeve, and downstream of the first thread section a second thread section, which extends in the axial direction over a second height dimension of the stator sleeve and/or comprises at least one third threaded section downstream of the second threaded section, which extends in the axial direction over a third height dimension of the stator sleeve, wherein at least one threaded section of the three threaded sections extends from another threaded section of the three threaded sections by at least one thread parameter from the group differs from thread parameters.

So kann beispielsweise gemäß einer exemplarischen Ausführungsform die Anzahl der Stege in dem dritten Gewindeabschnitt größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt sein, wobei es insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Anzahl der Stege in dem dritten Gewindeabschnitt doppelt so groß ist wie in dem zweiten Gewindeabschnitt. Dadurch, dass vorvakuumseitig bzw. im Auslass der Holweck-Pumpstufe die Anzahl der Stege und somit die Anzahl der Gewindenuten größer ist als am Einlass der Holweck-Pumpstufe, lässt sich am Auslass der Holweck-Pumpstufe somit ein höheres Kompressionsvermögen als am Einlass der Holweck-Pumpstufe erzielen. Gleichermaßen lässt sich dadurch, dass die Anzahl der Stege in dem dritten Gewindeabschnitt größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt ist, hochvakuumseitig bzw. am Einlass der Holweck-Pumpstufe ein größeres Saugvermögen als am Auslass der Holweck-Pumpstufe erzielen.For example, according to an exemplary embodiment, the number of webs in the third threaded section can be greater than in the second threaded section, it being possible in particular for the number of webs in the third threaded section to be twice as large as in the second threaded section. Due to the fact that on the fore-vacuum side or in the outlet of the Holweck pump stage the number of webs and thus the number of thread grooves is greater than at the inlet of the Holweck pump stage, a higher compression capacity can be achieved at the outlet of the Holweck pump stage than at the inlet of the Holweck Achieve pumping stage. Equally, because the number of webs in the third threaded section is greater than in the second threaded section, a higher pumping speed can be achieved on the high-vacuum side or at the inlet of the Holweck pump stage than at the outlet of the Holweck pump stage.

Als Saugvermögen wird dabei der Volumenstrom angesehen, d.h. das Volumen, das pro Zeiteinheit durch eine Querschnittsfläche einer Gewindenut gefördert werden kann. Das Kompressionsvermögen bezieht sich bevorzugt auf die Bauteillänge, d.h. es wird auf das Kompressionsvermögen pro Baulänge abgestellt. Als Kompressionsvermögen kann dabei das Kompressionsverhältnis angesehen werden, das von dem jeweiligen Gewindeabschnitt an seinem jeweiligen stromabwärts liegenden Ende erreicht werden kann. Anders ausgedrückt beschreibt das Kompressionsvermögen das Druckverhältnis zwischen Ein- und Auslass einer jeweiligen Gewindenut.The pumping speed is considered to be the volume flow, ie the volume that can be conveyed through a cross-sectional area of a thread groove per unit of time. The compression capacity preferably relates to the component length, ie it is based on the compression capacity per overall length. The compression ratio can be regarded as the compression capacity, which can be reached by the respective threaded portion at its respective downstream end. In other words, the compression capacity describes the pressure ratio between the inlet and outlet of a respective thread groove.

Zwar kann auch die Anzahl der Stege in dem zweiten Gewindeabschnitt größer sein als die Anzahl der Stege in dem ersten Gewindeabschnitt, was bedeuten würde, dass die Steganzahl ausgehend vom Einlass der Holweck-Pumpstufe in Richtung des Auslasses derselben stufenweise zunimmt; die Anzahl der Stege in dem zweiten Gewindeabschnitt kann jedoch auch gleich groß sein wie die Anzahl der Stege in dem ersten Gewindeabschnitt, so dass unter diesem Blickwinkel betrachtet die Statorhülse gewissermaßen nur zwei Gewindeabschnitte mit unterschiedlicher Steganzahl aufweist.The number of webs in the second threaded section can also be greater than the number of webs in the first threaded section, which would mean that the number of webs increases gradually starting from the inlet of the Holweck pump stage in the direction of the outlet of the same; However, the number of webs in the second threaded section can also be the same as the number of webs in the first threaded section, so that viewed from this perspective, the stator sleeve has, so to speak, only two threaded sections with a different number of webs.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Breite der Gewindenuten in dem dritten Gewindeabschnitt geringer als in dem zweiten Gewindeabschnitt ist. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die Breite der Gewindenuten in dem dritten Gewindeabschnitt weniger als halb so groß ist wie in dem zweiten Gewindeabschnitt. Weist beispielsweise die Holweck-Statorhülse einen ersten Satz von spiralförmig umlaufenden Stegen auf, die sich vom Einlass bis zum Auslass der Holweck-Pumpstufe erstrecken, so können in den hierdurch gebildeten Gewindenuten im dritten Gewindeabschnitt zusätzliche Stege ausgebildet sein, durch die der gegenseitige Abstand der Stege des ersten Satzes von Stegen reduziert wird.According to a further embodiment, it can be provided that the width of the thread grooves in the third thread section is smaller than in the second thread section. In particular, it can be provided that the width of the thread grooves in the third thread section is less than half as large as in the second thread section. If, for example, the Holweck stator sleeve has a first set of spirally circumferential webs that extend from the inlet to the outlet of the Holweck pump stage, additional webs can be formed in the thread grooves formed thereby in the third thread section, through which the mutual spacing of the webs of the first set of ridges is reduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Breite der Gewindenuten in dem zweiten Gewindeabschnitt gleich groß ist, wie die Breite der Gewindenuten in dem ersten Gewindeabschnitt, so dass die Holweck-Pumpstufe in diesem Falle effektiv nur zwei Gewindeabschnitte mit unterschiedlicher Gewindenutbreite aufweist.According to a further embodiment, it can be provided that the width of the thread grooves in the second thread section is the same as the width of the thread grooves in the first thread section, so that in this case the Holweck pump stage effectively has only two thread sections with different thread groove widths.

Wie bereits zuvor erwähnt, kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Anzahl der Stege in dem zweiten Gewindeabschnitt größer als in dem ersten Gewindeabschnitt ist. Bei gleichbleibender Stegbreite bedeutet dies, dass die Breite der Gewindenuten in dem dritten Gewindeabschnitt deutlich geringer als in dem ersten Gewindeabschnitt ist, wodurch tendenziell das Kompressionsvermögen in Richtung des Auslasses der Holweck-Pumpstufe zunimmt, wohingegen in Richtung des Einlasses der Holweck-Pumpstufe das Saugvermögen zunimmt.As already mentioned above, according to one embodiment it can be provided that the number of webs in the second threaded section is greater than in the first threaded section. With the web width remaining the same, this means that the width of the thread grooves in the third thread section is significantly smaller than in the first thread section, which means that the compression capacity tends to increase in the direction of the outlet of the Holweck pump stage, whereas the suction capacity increases in the direction of the inlet of the Holweck pump stage .

Zusätzlich oder alternativ zu der Ausführungsform, bei der die Anzahl der Stege in dem dritten Gewindeabschnitt größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt ist, kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass auch die Anzahl der Stege in dem ersten Gewindeabschnitt größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt ist. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die Anzahl der Stege in dem ersten Gewindeabschnitt gleich groß ist wie die Anzahl der Stege in dem dritten Gewindeabschnitt. Anders ausgedrückt ist es bei dieser Ausführungsform also vorgesehen, dass die Anzahl der Gewindenuten im mittleren zweiten Gewindeabschnitt geringer als in den einlass- und auslassseitigen ersten und dritten Gewindeabschnitten ist.In addition or as an alternative to the embodiment in which the number of webs in the third threaded section is greater than in the second threaded section, it can be provided according to a further embodiment that the number of webs in the first threaded section is also greater than in the second threaded section is. In particular, it can be provided that the number of webs in the first threaded section is the same as the number of webs in the third threaded section. In other words, in this embodiment it is provided that the number of thread grooves in the central second thread section is less than in the first and third thread sections on the inlet and outlet side.

Alternativ hierzu kann es jedoch vorgesehen sein, dass die Anzahl der Gewindenuten in dem mittleren zweiten Gewindeabschnitt größer ist als in den ein- und auslassseitigen ersten und dritten Gewindeabschnitten.As an alternative to this, however, provision can be made for the number of thread grooves in the central second thread section to be greater than in the first and third thread sections on the inlet and outlet side.

Zwar kann der Nutgrund aller Gewindenuten auf einer zylindrischen Mantelfläche liegen; sollte es jedoch wünschenswert sein, dass das Saugvermögen in Richtung des Auslasses der Holweck-Pumpstufe zunimmt, so kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Nutgrund eine Grundeinhüllende definiert, die in zumindest einem der drei Gewindeabschnitte konisch ausgebildet ist. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass der Nutgrund einen Konizitätswinkel definiert, der in zumindest einem der drei Gewindeabschnitte einen anderen Wert als in einem anderen Gewindeabschnitt aufweist.Although the bottom of all thread grooves can lie on a cylindrical lateral surface; however, should it be desirable for the pumping speed to increase in the direction of the outlet of the Holweck pump stage, it can be provided according to a further embodiment that the groove base defines a base envelope which is conical in at least one of the three thread sections is. In particular, it can be provided that the groove base defines a conicity angle that has a different value in at least one of the three threaded sections than in another threaded section.

So kann beispielsweise der Konizitätswinkel in dem ersten Gewindeabschnitt kleiner als in dem zweiten Gewindeabschnitt und/oder als in dem dritten Gewindeabschnitt sein, was bedeutet, dass sich die Grundeinhüllende in dem ersten Gewindeabschnitt in Richtung des Auslasses der Holweck-Pumpstufe weniger stark verjüngt, als in dem zweiten bzw. in dem dritten Gewindeabschnitt. Diese Ausgestaltung kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn die Holweck-Pumpstufe über einen Zwischeneinlass am stromabwärtigen Ende des ersten Gewindeabschnitts verfügt, da in diesem Falle am Zwischeneinlass eine Erhöhung des Saugvermögens verzeichnet werden kann.For example, the conicity angle in the first thread section can be smaller than in the second thread section and/or than in the third thread section, which means that the basic envelope in the first thread section tapers less in the direction of the outlet of the Holweck pump stage than in the second or in the third threaded section. This configuration can prove particularly advantageous when the Holweck pump stage has an intermediate inlet at the downstream end of the first threaded section, since in this case an increase in pumping speed can be recorded at the intermediate inlet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Höhenabmessung des jeweiligen Gewindeabschnitts 15 bis 50%, vorzugsweise 25 bis 40% und insbesondere vorzugsweise 30 bis 35% der gesamten Axialerstreckung der Statorhülse ausmacht. Insbesondere dann, wenn die Höhenabmessung eines der Gewindeabschnitte nur 30 bis 35% der Axialerstreckung der Statorhülse beträgt - der in Rede stehende Gewindeabschnitt also eine verhältnismäßig geringe Axialerstreckung aufweist - lassen sich die Kenngrößen wie beispielsweise das Saugvermögen, das Kompressionsvermögen und/oder die Leistungsaufnahme der Holweck-Pumpstufe in verhältnismäßig kleinen Schritten anpassen.According to a further embodiment, it can be provided that the height dimension of the respective threaded section makes up 15 to 50%, preferably 25 to 40% and particularly preferably 30 to 35% of the entire axial extent of the stator sleeve. In particular, when the height dimension of one of the threaded sections is only 30 to 35% of the axial extension of the stator sleeve - the threaded section in question therefore has a relatively small axial extension - the parameters such as the pumping speed, the compression capacity and/or the power consumption of the Holweck -Adjust the pump stage in relatively small steps.

Bei einer einstufigen Holweck-Pumpe umgibt üblicherweise die Statorhülse die Rotorhülse. In diesem Fall ist das Holweck-Gewinde somit als Innengewinde an der Statorhülse ausgebildet. Umgibt hingegen die Rotorhülse die Statorhülse, so wäre in diesem Falle das Holweck-Gewinde als Außengewinde an der Statorhülse auszubilden.In a single-stage Holweck pump, the stator sleeve usually surrounds the rotor sleeve. In this case, the Holweck thread is thus designed as an internal thread on the stator sleeve. If, on the other hand, the rotor sleeve surrounds the stator sleeve, then in this case the Holweck thread would have to be designed as an external thread on the stator sleeve.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vakuumpumpe jedoch auch eine "gefaltete" Holweck-Anordnung umfassen, wie sie eingangs beschrieben wurde. In diesem Falle umfasst der Holweck-Rotor eine innere Rotorhülse und eine die innere Rotorhülse konzentrisch umgebende äußere Rotorhülse, wohingegen der Holweck-Stator eine die äußere Rotorhülse konzentrisch umgebende äußere Statorhülse und eine die innere Rotorhülse konzentrisch umgebende innere Statorhülse umfasst. In diesem Falle ist das Holweck-Gewinde als Innengewinde an der äußeren Statorhülse, als Innengewinde an der inneren Statorhülse und/oder als Außengewinde an der inneren Statorhülse ausgebildet.According to a further embodiment, however, the vacuum pump can also comprise a "folded" Holweck arrangement, as was described in the introduction. In this case, the Holweck rotor comprises an inner rotor sleeve and an outer rotor sleeve concentrically surrounding the inner rotor sleeve, whereas the Holweck stator comprises an outer stator sleeve concentrically surrounding the outer rotor sleeve and an inner stator sleeve concentrically surrounding the inner rotor sleeve. In this case, the Holweck thread is designed as an internal thread on the outer stator sleeve, as an internal thread on the inner stator sleeve and/or as an external thread on the inner stator sleeve.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Statorhülse anstelle des ersten und/oder dritten Gewindeabschnitts einen Abschnitt mit einer gewindefreien zylindrischen Mantelfläche ausbildet, in den als zusätzliches Bauteil ein separat handhabbarer Ring eingepasst ist, der einen Gewindeabschnitt aufweist, welcher zusammen mit zumindest dem zweiten Gewindeabschnitt das Holweck-Gewinde der Statorhülse bildet, wobei sich der Gewindeabschnitt des Rings von dem zweiten Gewindeabschnitt durch zumindest einen Gewindeparameter aus der zuvor genannten Gruppe von Gewindeparametern unterscheidet. Zusätzlich kann es dabei vorgesehen sein, dass der Nutgrund des Gewindeabschnitts des Rings eine konische Grundeinhüllende definiert, wobei sich die Grundeinhüllende in Richtung des Auslasses der Holweck-Pumpstufe verjüngt.According to a further embodiment, it can be provided that instead of the first and/or third threaded section, the stator sleeve forms a section with a thread-free cylindrical lateral surface, into which a separately manageable ring is fitted as an additional component, which has a threaded section which, together with at least the second threaded section forms the Holweck thread of the stator sleeve, the threaded section of the ring differing from the second threaded section by at least one thread parameter from the aforementioned group of thread parameters. In addition, it can be provided that the groove base of the threaded portion of the ring defines a conical base envelope, with the base envelope tapering in the direction of the outlet of the Holweck pump stage.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
Fig. 2
eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
Fig. 3
einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
Fig. 6
eine Abwicklung einer herkömmlichen Holweck-Statorhülse in schematischer Darstellung;
Fig. 7
eine Abwicklung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Holweck-Statorhülse in schematischer Darstellung;
Fig. 8
eine Abwicklung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Holweck-Statorhülse in schematischer Darstellung;
Fig. 9
eine Abwicklung noch einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Holweck-Statorhülse in schematischer Darstellung;
Fig. 10
eine schematische Schnittdarstellung durch eine gefaltete Holweck-Pumpstufe mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Holweck-Statorhülse gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 11
ein Diagramm zur Erläuterung des Saugvermögens bei der Holweck-Pumpstufe der Fig. 10; und
Fig. 12
eine schematische Schnittdarstellung durch eine gefaltete Holweck-Pumpstufe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
The invention is described below with reference to the accompanying figures. Show it:
1
a perspective view of a turbomolecular pump,
2
a view of the bottom of the turbo molecular pump from 1 ,
3
a cross-section of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line AA,
4
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line BB,
figure 5
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line CC,
6
a development of a conventional Holweck stator sleeve in a schematic representation;
7
a development of an embodiment of a Holweck stator sleeve according to the invention in a schematic representation;
8
a development of a further embodiment of a Holweck stator sleeve according to the invention in a schematic representation;
9
a development of yet another embodiment of a Holweck stator sleeve according to the invention in a schematic representation;
10
a schematic sectional view through a folded Holweck pump stage with a Holweck stator sleeve designed according to the invention according to a further embodiment; and
11
a diagram to explain the pumping speed in the Holweck pump stage 10 ; and
12
a schematic sectional view through a folded Holweck pump stage according to yet another embodiment.

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.In the 1 The 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.

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.The inlet flange 113 forms when the vacuum pump is aligned 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 (cf. also 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123 . In addition, a data interface 129, for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.

Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.There are also turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.

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.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. In the area of the lower part 121 there is also a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection, through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) before the pumped gas in the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, can be admitted. 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 conducted into the vacuum pump for cooling purposes. Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on air cooling.

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.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 . However, the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were. In addition, the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.

Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here, cannot be operated standing.

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.At the bottom 141, the in 2 shown, various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are fastened to one another. For example, a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .

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.Attachment bores 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be attached to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here.

In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.In the Figures 2 to 5 a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.

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.As the sectional views of the Figures 3 to 5 show, the vacuum pump comprises several process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.

In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.A rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about an axis of rotation 151 .

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.The turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pumping stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened 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 discs 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159 .

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.The vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pumping stages.

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.The rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction. Also provided are two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169, which are also oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are nested in one another when viewed in the radial direction.

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.The active pumping surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie 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 forming with it the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps. The radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and therewith forms a second Holweck pumping stage. The radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and therewith forms the third Holweck pumping stage.

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.At the lower end of the Holweck rotor sleeve 163, a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173. Also, at the top end of the inner Holweck stator sleeve 169, a radially extending channel may be provided, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175. As a result, the nested Holweck pump stages are connected in series with one another. Furthermore, a connecting channel 179 to the outlet 117 can be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 .

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.The above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running in a spiral shape around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Advance vacuum pump 111 in the Holweck grooves.

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.A roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for the rotatable mounting of the rotor shaft 153 .

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.In the area of the roller bearing 181 , a conical injection nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 . The injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store. In other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.

Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.The resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, for example with a lubricant.

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.During operation of vacuum pump 111, the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function. The roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are surrounded by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145 in the vacuum pump.

Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 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.The permanent magnet bearing 183 comprises a bearing half 191 on the rotor side and a bearing half 193 on the stator side, which each comprise a ring stack 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, forming a radial bearing gap 199, the ring magnets 195 on the rotor side being arranged radially on the outside and the ring magnets 197 on the stator side being arranged radially on the inside. The magnetic field present in the bearing gap 199 produces magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially. The ring magnets 195 on the rotor side are carried by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside. The ring magnets 197 on the stator side are carried by a support section 203 on the stator side, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119 . The ring magnets 195 on the rotor side are fixed parallel to the axis of rotation 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201 . The ring magnets 197 on the stator side are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the support section 203 and a fastening ring 211 connected to the support section 203 . A disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197 .

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.An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages in the event of an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator, in order to create a radial stop for the rotor 149 to form, so that a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures. The backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller 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 engages is dimensioned large enough so that the backup bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that the rotor-side structures collide with the stator-side structures under all circumstances is prevented.

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.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, whose rotor shaft 153 extends through the motor stator 217 therethrough. A permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 that extends through the motor stator 217 . Between the motor stator 217 and the section of the rotor 149 extending through the motor stator 217 there is an intermediate space 219 which includes a radial motor gap via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement can influence each other magnetically for the transmission of the drive torque.

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.The motor stator 217 is fixed in the housing inside the motor room 137 provided for the electric motor 125 . A sealing gas, which is also referred to as flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can reach the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135 . About the sealing gas, the electric motor 125 before process gas, for example corrosive components of the process gas are protected. The engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117 , ie the vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.

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.A labyrinth seal 223, known per se, can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.

Bei der zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschriebenen Turbomolekularvakuumpumpe 111 können die Holweck-Statorhülsen 167, 169 ein innen- bzw. außenliegendes Holweck-Gewinde 16 aufweisen, wie es als Abwicklung schematisch in der Fig. 6 dargestellt ist. Wie dieser Darstellung entnommen werden kann, ist dort die Holweck-Geometrie über die gesamte Axialerstreckung der Holweck-Statorhülse 167, 169 zwischen dem Einlass E und dem Auslass Ader Holweck-Pumpstufe gleichbleibend und insbesondere ist dabei die Anzahl der Stege 12, die das Holweck-Gewinde 16 bilden, zwischen dem Einlass E und dem Auslass A konstant. Auch die Steigung des Gewindes, die Breite der Stege 12, die Breite der Gewindenuten 14 sowie die Höhe der Stege 12 ist über die axiale Erstreckung der Statorhülsen 167, 169 hinweg konstant.When previously referring to the Figures 1 to 5 The turbomolecular vacuum pump 111 described, the Holweck stator sleeves 167, 169 can have an internal or external Holweck thread 16, as shown schematically as a development in FIG 6 is shown. As can be seen from this illustration, the Holweck geometry remains the same there over the entire axial extent of the Holweck stator sleeve 167, 169 between the inlet E and the outlet A of the Holweck pump stage, and in particular the number of webs 12 that form the Holweck Form thread 16 between the inlet E and the outlet A constant. The pitch of the thread, the width of the webs 12, the width of the thread grooves 14 and the height of the webs 12 is constant over the axial extent of the stator sleeves 167, 169.

Im Folgenden werden nun verschiedene Ausführungsformen von Statorhülsen 10 beschrieben, welche in die Turbomolekularvakuumpumpe 111 anstelle der dargestellten Statorhülsen 167, 169 eingebaut werden können, wobei jedoch der sonstige Aufbau der Turbomolekularvakuumpumpe 111 wie auch der grundsätzliche Aufbau der Holweck-Pumpstufe mit drei ineinander geschachtelten Pumpstufen beibehalten werden kann.Various embodiments of stator sleeves 10 are now described below, which can be installed in the turbomolecular vacuum pump 111 instead of the illustrated stator sleeves 167, 169, although the other structure of the turbomolecular vacuum pump 111 as well as the basic structure of the Holweck pump stage with three nested pump stages are retained can be.

Wie der Abwicklung der Fig. 7 entnommen werden kann, weist dort die Statorhülse 10 bzw. das von deren Gewindestegen 12 gebildete Holweck-Gewinde 16 zwischen Einlass E und Auslass A drei Gewindeabschnitte I, II, III auf, wobei die Anzahl der Gewindestege 12 in dem stromabwärtigsten dritten Gewindeabschnitt III doppelt so groß ist wie in dem zweiten Gewindeabschnitt II. Demgegenüber ist die Anzahl der Stege 12 in dem zweiten Gewindeabschnitt II gleich groß wie die Anzahl der Stege 12 in dem ersten Gewindeabschnitt I, so dass bei der Ausführungsform der Fig. 7 im Grunde genommen lediglich zwei Gewindeabschnitte mit voneinander abweichender Holweck-Geometrie vorliegen.How to settle the 7 can be seen, the stator sleeve 10 or the Holweck thread 16 formed by its thread ridges 12 between inlet E and outlet A has three thread sections I, II, III, with the number of thread ridges 12 in the most downstream third thread section III being twice as many is large as in the second threaded portion II. In contrast, the number of webs 12 in the second threaded portion II is equal to the number of webs 12 in the first threaded portion I, so that in the embodiment of 7 basically there are only two thread sections with different Holweck geometry.

Dadurch, dass in dem dritten Gewindeabschnitt III die Anzahl der Stege 12 doppelt so groß ist wie in dem ersten und zweiten Gewindeabschnitt I, II und folglich die Breite der Gewindenuten 14 in den dritten Gewindeabschnitt III deutlich geringer ist als in den beiden anderen Gewindeabschnitten I, II, nimmt das Kompressionsvermögen in Richtung des Auslasses A zu, wohingegen in Richtung des Einlasses E das Saugvermögen der Holweck-Pumpstufe zunimmt.Due to the fact that in the third thread section III the number of webs 12 is twice as large as in the first and second thread sections I, II and consequently the width of the thread grooves 14 in the third thread section III is significantly smaller than in the other two thread sections I, II, the compression capacity increases in the direction of outlet A, whereas in the direction of inlet E the pumping speed of the Holweck pump stage increases.

Bei der Ausführungsform der Fig. 8 weist hingegen die Statorhülse 10 effektiv drei Gewindeabschnitte I, II und III mit jeweils voneinander abweichender Holweck-Geometrie auf. Insbesondere ist die Anzahl der Stege 12 in dem mittleren zweiten Gewindeabschnitt II größer als in dem einlassseitigen ersten Gewindeabschnitt I und kleiner als in dem auslassseitigen dritten Gewindeabschnitt III, was zur Folge hat, dass die Breite der Gewindenuten in dem dritten Gewindeabschnitt III deutlich geringer ist als in dem ersten Gewindeabschnitt I.In the embodiment of 8 on the other hand, the stator sleeve 10 effectively has three threaded sections I, II and III, each with a different Holweck geometry. In particular, the number of webs 12 in the central second threaded section II is greater than in the first threaded section I on the inlet side and smaller than in the third threaded section III on the outlet side, with the result that the width of the thread grooves in the third threaded section III is significantly smaller than in the first thread section I.

Gemäß der Ausführungsform der Fig. 9 ist hingegen die Anzahl der Stege 12 in dem mittleren Gewindeabschnitt II kleiner als sowohl in dem einlassseitigen ersten Gewindeabschnitt I als auch in dem auslassseitigen dritten Gewindeabschnitt III. Alternativ hierzu können auch je nach zu erzielender Kenngröße umgekehrte Verhältnisse vorliegen, so dass beispielsweise in dem mittleren zweiten Gewindeabschnitt II die Anzahl der Stege 12 größer als in dem einlassseitigen ersten Gewindeabschnitt I und in dem auslassseitigen dritten Gewindeabschnitt III sein kann.According to the embodiment of 9 On the other hand, the number of webs 12 in the central threaded section II is smaller than both in the first threaded section I on the inlet side and in the third threaded section III on the outlet side. As an alternative to this, depending on the parameter to be achieved, the opposite conditions can also exist, so that, for example, in the central second threaded section II the number of webs 12 can be greater than in the first threaded section I on the inlet side and in the third threaded section III on the outlet side.

Zwar verändert sich die Gewindesteigung bei den zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 beschriebenen Ausführungsformen zwischen dem Einlass E und dem Auslass A nicht; je nach Auslegung der jeweiligen Holweck-Pumpstufe kann sich jedoch auch die Gewindesteigung über die axiale Erstreckung der Statorhülse 10 hinweg ändern, wie dies gleichermaßen auf die Breite der Gewindenuten 14, die Breite der Stege 12 und/oder die Höhe der Stege 12 über dem Nutgrund 18 der jeweiligen Gewindenut 14 zutreffen kann.Although the thread pitch changes in the previously with reference to the Figures 7 to 9 described embodiments between the inlet E and the outlet A not; Depending on the design of the respective Holweck pump stage, however, the thread pitch can also change over the axial extent of the stator sleeve 10, as can the width of the thread grooves 14, the width of the webs 12 and/or the height of the webs 12 above the groove base 18 of the respective thread groove 14 may apply.

Wie am besten der Ausführungsform in Fig. 9 entnommen werden kann, weisen dort die Gewindeabschnitte I, II, III jeweils eine Axialerstreckung zwischen Einlass E und Auslass A auf, die etwa 30 bis 35% der Axialerstreckung der Statorhülse 10 beträgt. Die Axialerstreckung der jeweiligen Gewindeabschnitte kann somit insbesondere dann, wenn die Statorhülse 10 in ihrer Gesamtheit bereits eine relativ geringe Axialerstreckung aufweist, sehr gering sein, wodurch die Kenngrößen der Holweck-Pumpstufe feinstufig eingestellt werden können.As best the embodiment in 9 can be removed, there the threaded sections I, II, III each have an axial extent between the inlet E and the outlet A, which is approximately 30 to 35% of the axial extent of the stator sleeve 10 . The axial extent of the respective threaded sections can therefore be very small, particularly when the stator sleeve 10 in its entirety already has a relatively small axial extent, as a result of which the parameters of the Holweck pump stage can be finely adjusted.

Die Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer gefalteten Holweck-Pumpstufe, bei der die radial außenliegende Statorhülse 10 durch zwei zwischen Einlass E und Auslass A befindliche Gewindeabschnitte I, II gebildet wird. Hierbei bildet sowohl der Nutgrund 18 des ersten Gewindeabschnitts I als auch der Nutgrund 18 des zweiten Gewindeabschnitts II, der sich stromabwärts des ersten Gewindeabschnitts I befindet, eine konische Grundeinhüllende aus, wobei bei der hier dargestellten Ausführungsform der Konizitätswinkel α im ersten Gewindeabschnitt I kleiner als in dem zweiten Gewindeabschnitt II ist. Alternativ hierzu kann jedoch auch der Konizitätswinkel α in dem zweiten Gewindeabschnitt II kleiner sein als in dem ersten Gewindeabschnitt I.The 10 shows a further embodiment of a folded Holweck pump stage, in which the radially outer stator sleeve 10 is formed by two threaded sections I, II located between inlet E and outlet A. Both the groove base 18 of the first thread section I and the groove base 18 of the second thread section II, which is located downstream of the first thread section I, form a conical base envelope, with the embodiment shown here the conicity angle α being smaller in the first thread section I than in is the second threaded section II. As an alternative to this, however, the conicity angle α in the second threaded section II can also be smaller than in the first threaded section I.

Zwar kann der Konizitätswinkel α in beiden Gewindeabschnitten I und II auch gleich groß sein; ist jedoch der Konizitätswinkel α in dem zweiten Gewindeabschnitt II größer als in dem ersten Gewindeabschnitt I, wie dies in der Fig. 10 dargestellt ist, so lässt sich dadurch ein Zugewinn an Saugvermögen in der Größenordnung von bis zu 20% am Übergang von dem ersten Gewindeabschnitt I zu dem zweiten Gewindeabschnitt II erzielen, und zwar insbesondere dann, wenn der Vordruck bzw. der Druck am Auslass A verhältnismäßig hoch ist und im Bereich zwischen 1 bis ca. 10 mbar liegt, siehe hierzu das Diagramm der Fig. 11. Dies kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn die Holweck-Pumpstufe gemäß der Darstellung der Fig. 10 im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Gewindeabschnitt I, II über einen Zwischeneinlass 20 verfügt, da in diesem Falle durch das erhöhte Saugvermögen am Zwischeneinlass 20 verhindert werden kann, dass dadurch angesaugtes Prozessgas zurück in Richtung Einlass E der Holweck-Pumpstufe strömt.Although the conicity angle α can also be the same size in both thread sections I and II; however, the conicity angle α in the second threaded section II is greater than in the first threaded section I, as in FIG 10 is shown, an increase in pumping speed of the order of up to 20% can be achieved at the transition from the first threaded section I to the second threaded section II, in particular when the admission pressure or the pressure at outlet A is relatively high and is in the range between 1 and approx. 10 mbar, see the diagram in the 11 . This can prove particularly advantageous when the Holweck pump stage as shown in FIG 10 has an intermediate inlet 20 in the transition area between the first and the second threaded section I, II, since in this case the increased pumping speed at the intermediate inlet 20 can prevent process gas sucked in thereby from flowing back in the direction of inlet E of the Holweck pump stage.

Bei der unter Bezugnahme auf die Fig. 12 beschriebene Ausführungsform ist es letztendlich vorgesehen, dass der dritte Gewindeabschnitt III, der sich am Auslass Ader Holweck-Pumpstufe befindet, durch einen separat handhabbaren Ring 22 mit daran ausgebildetem Innengewinde gebildet wird, wobei auch hier wiederum die Grundeinhüllende der Gewindenuten 14 konisch ausgebildet ist und sich in Richtung des Auslasses A hin verjüngt.When referring to the 12 In the described embodiment, it is ultimately provided that the third threaded section III, which is located at the outlet of the Holweck pump stage, is formed by a ring 22 that can be handled separately and has an internal thread formed thereon, with the basic envelope of the thread grooves 14 being formed conically here as well tapers towards outlet A.

Zur Aufnahme des Rings 22 weist dabei die Statorhülse 10 an ihrem auslassseitigen Ende A einen Abschnitt 24 mit einer gewindefreien zylindrischen Mantelfläche 26 auf, in den der Ring 22 eingepasst werden kann, so dass die beiden stromaufwärtigen Gewindeabschnitte I, II zusammen mit dem Gewindeabschnitt des Rings 22 das Holweck-Gewinde 16 der Statorhülse 10 bilden. Der Gewindeabschnitt des Rings 22 kann sich dabei von den beiden anderen Gewindeabschnitten I, II durch zumindest einen Gewindeparameter wie beispielsweise die Gewindesteigung, die Anzahl der Stege 12, die Breite der Gewindenut 14, die Breite der Stege 12 und die Höhe der Stege 12 über dem Nutgrund 18 unterscheiden, um so die Kenngrö-ßen der Holweck-Pumpstufe feinstufig einstellen zu können.To accommodate ring 22, stator sleeve 10 has at its outlet end A a section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26, into which ring 22 can be fitted, so that the two upstream threaded sections I, II together with the threaded section of the ring 22 form the Holweck thread 16 of the stator sleeve 10 . The threaded section of the ring 22 can differ from the other two threaded sections I, II by at least one thread parameter such as the thread pitch, the number of webs 12, the width of the thread groove 14, the width of the webs 12 and the height of the webs 12 differ above the groove base 18 in order to be able to finely adjust the parameters of the Holweck pump stage.

Zwar handelt es sich bei dem Ring 22 gewissermaßen um eine separat handhabbare Statorhülse; da der Ring 22 jedoch von dem Abschnitt 24 mit gewindefreier zylindrischer Mantelfläche 26 der Statorhülse 10 aufgenommen wird, lässt sich der Ring 22 mit verhältnismäßig geringer axialer Erstreckung fertigen, ohne dass dies zu Stabilitätseinbußen führt, da der Ring 22 gewissermaßen durch den Abschnitt 24 mit gewindefreier zylindrischer Mantelfläche 26 gestützt und ausgesteift wird.It is true that the ring 22 is to a certain extent a stator sleeve that can be handled separately; However, since the ring 22 is received by the section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26 of the stator sleeve 10, the ring 22 can be manufactured with a relatively small axial extent without this leading to any loss of stability, since the ring 22 is to a certain extent through the section 24 with a thread-free cylindrical lateral surface 26 is supported and stiffened.

BezugszeichenlisteReference List

EE
Einlassinlet
AA
Auslassoutlet
1010
Statorhülsestator sleeve
1212
Stegewebs
1414
Gewindenutenthread grooves
1616
Holweck-GewindeHolweck thread
1818
Nutgrundgroove bottom
2020
Zwischeneinlassintermediate entry
2222
Ringring
2424
AbschnittSection
2626
Mantelflächelateral surface
I, II,IIII,II,III
Gewindeabschnittethreaded sections
αa
Konizitätswinkeltaper angle
111111
Turbomolekularpumpeturbomolecular pump
113113
Einlassflanschinlet flange
115115
Pumpeneinlasspump inlet
117117
Pumpenauslasspump outlet
119119
GehäuseHousing
121121
Unterteillower part
123123
Elektronikgehäuseelectronics housing
125125
Elektromotorelectric motor
127127
Zubehöranschlussaccessory port
129129
Datenschnittstelledata interface
131131
Stromversorgungsanschlusspower connector
133133
Fluteinlassflood inlet
135135
Sperrgasanschlusssealing gas connection
137137
Motorraumengine compartment
139139
Kühlmittelanschlusscoolant connection
141141
Unterseitebottom
143143
Schraubescrew
145145
Lagerdeckelbearing cap
147147
Befestigungsbohrungmounting hole
148148
Kühlmittelleitungcoolant line
149149
Rotorrotor
151151
Rotationsachseaxis of rotation
153153
Rotorwellerotor shaft
155155
Rotorscheiberotor disc
157157
Statorscheibestator disc
159159
Abstandsringspacer ring
161161
Rotornaberotor hub
163163
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
165165
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
167167
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
169169
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
171171
Holweck-SpaltHolweck fissure
173173
Holweck-SpaltHolweck fissure
175175
Holweck-SpaltHolweck fissure
179179
Verbindungskanalconnecting channel
181181
Wälzlagerroller bearing
183183
Permanentmagnetlagerpermanent magnet bearing
185185
Spritzmutterinjection nut
187187
Scheibedisc
189189
EinsatzMission
191191
rotorseitige Lagerhälfterotor-side bearing half
193193
statorseitige Lagerhälftestator bearing half
195195
Ringmagnetring magnet
197197
Ringmagnetring magnet
199199
Lagerspaltbearing gap
201201
Trägerabschnittcarrier section
203203
Trägerabschnittcarrier section
205205
radiale Streberadial strut
207207
Deckelelementcover element
209209
Stützringsupport ring
211211
Befestigungsringmounting ring
213213
Tellerfederdisc spring
215215
Not- bzw. FanglagerEmergency or catch camp
217217
Motorstatormotor stator
219219
Zwischenraumspace
221221
Wandungwall
223223
Labyrinthdichtunglabyrinth seal

Claims (17)

Vakuumpumpe (111), insbesondere Turbomolekularvakuumpumpe (111), mit zumindest einer Holweck-Pumpstufe mit einem Einlass (E) und einem Auslass (A) in Pumprichtung stromabwärts des Einlasses (E), wobei die Holweck-Pumpstufe einen Holweck-Rotor mit einer Rotorhülse (163, 165) und einen Holweck-Stator mit einer Statorhülse (10) umfasst, die unter Bildung eines Holweckspalts (171, 173, 175) koaxial zu dem Holweck-Rotor angeordnet ist, wobei die Statorhülse (10) ein Holweck-Gewinde (16) mit mehreren Gewindenuten (14) aufweist, die durch an der Statorhülse (10) ausgebildete Stege (12) und durch einen durch die Statorhülse (10) gebildeten Nutgrund (18) begrenzt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorhülse (10) einstückig ausgebildet ist und sich zumindest ein Gewindeparameter des Holweck-Gewindes (16) aus der Gruppe von Gewindeparametern, die aus der Anzahl der Stege (12), der Gewindesteigung, der Breite der Gewindenuten (14), der Breite der Stege (12) und der Höhe der Stege (12) über dem Nutgrund (18) besteht, über die axiale Erstreckung der Statorhülse (10) ändert.
Vacuum pump (111), in particular a turbomolecular vacuum pump (111), having at least one Holweck pump stage with an inlet (E) and an outlet (A) downstream of the inlet (E) in the pumping direction, the Holweck pump stage having a Holweck rotor with a rotor sleeve (163, 165) and a Holweck stator with a stator sleeve (10) which is arranged coaxially to the Holweck rotor, forming a Holweck gap (171, 173, 175), the stator sleeve (10) having a Holweck thread ( 16) with a plurality of thread grooves (14) which are delimited by webs (12) formed on the stator sleeve (10) and by a groove base (18) formed by the stator sleeve (10),
characterized in that
the stator sleeve (10) is designed in one piece and at least one thread parameter of the Holweck thread (16) is selected from the group of thread parameters consisting of the number of webs (12), the thread pitch, the width of the thread grooves (14), the width of the Webs (12) and the height of the webs (12) above the groove base (18) changes over the axial extent of the stator sleeve (10).
Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
wobei das Holweck-Gewinde (16) einen ersten Gewindeabschnitt (I), der sich in axialer Richtung über eine erste Höhenabmessung der Statorhülse (10) erstreckt, stromabwärts des ersten Gewindeabschnitts (I) einen zweiten Gewindeabschnitt (II), der sich in axialer Richtung über eine zweite Höhenabmessung der Statorhülse (10) erstreckt, und stromabwärts des zweiten Gewindeabschnitts (III) zumindest einen dritten Gewindeabschnitt (III) umfasst, der sich in axialer Richtung über eine dritte Höhenabmessung der Statorhülse (10) erstreckt, wobei sich zumindest ein Gewindeabschnitt der drei Gewindeabschnitte (I, II, III) von einem anderen der drei Gewindeabschnitte (I, II, III) durch zumindest einen Gewindeparameter aus der Gruppe von Gewindeparametern unterscheidet.
Vacuum pump according to claim 1,
wherein the Holweck thread (16) has a first threaded portion (I) extending in the axial direction over a first height dimension of the stator sleeve (10), downstream of the first threaded portion (I) a second threaded portion (II) extending in the axial direction extends over a second height dimension of the stator sleeve (10), and downstream of the second threaded section (III) comprises at least one third threaded section (III), which extends in the axial direction over a third height dimension of the Stator sleeve (10), at least one thread section of the three thread sections (I, II, III) differing from another of the three thread sections (I, II, III) by at least one thread parameter from the group of thread parameters.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2,
wobei die Anzahl der Stege (12) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) ist, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass die Anzahl der Stege (12) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) doppelt so groß ist wie in dem zweiten Gewindeabschnitt (II).
Vacuum pump according to claim 2,
wherein the number of webs (12) in the third threaded section (III) is greater than in the second threaded section (II), it being provided in particular that the number of webs (12) in the third threaded section (III) is twice as large is as in the second thread portion (II).
Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Anzahl der Stege (12) in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) gleich groß ist wie die Anzahl der Stege (12) in dem ersten Gewindeabschnitt (I).
Vacuum pump according to claim 2 or 3,
wherein the number of webs (12) in the second threaded section (II) is the same as the number of webs (12) in the first threaded section (I).
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die Breite der Gewindenuten (14) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) geringer als in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) ist, und/oder wobei die Breite der Gewindenuten (14) in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) gleich groß ist wie die Breite der Gewindenuten (14) in dem ersten Gewindeabschnitt (I).
Vacuum pump according to one of claims 2 to 4,
wherein the width of the thread grooves (14) in the third thread section (III) is smaller than in the second thread section (II), and/or wherein the width of the thread grooves (14) in the second thread section (II) is the same as the width of the thread grooves (14) in the first thread section (I).
Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Anzahl der Stege (12) in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) größer als in dem ersten Gewindeabschnitt (I) ist.
Vacuum pump according to claim 2 or 3,
wherein the number of webs (12) in the second threaded section (II) is greater than in the first threaded section (I).
Vakuumpumpe nach Anspruch 6,
wobei die Breite der Gewindenuten (14) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) geringer als in dem ersten Gewindeabschnitt (I) ist.
Vacuum pump according to claim 6,
wherein the width of the thread grooves (14) in the third thread section (III) is smaller than in the first thread section (I).
Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Anzahl der Stege (12) in dem ersten Gewindeabschnitt (I) größer als in dem zweiten Gewindeabschnitt ist, und/oder wobei die Anzahl der Stege (12) in dem ersten Gewindeabschnitt (I) gleich groß ist wie die Anzahl der Stege (12) in dem dritten Gewindeabschnitt (III).
Vacuum pump according to claim 2 or 3,
wherein the number of webs (12) in the first thread section (I) is greater than in the second thread section, and/or wherein the number of webs (12) in the first thread section (I) is the same as the number of webs ( 12) in the third thread section (III).
Vakuumpumpe nach Anspruch 8, wobei die Breite der Gewindenuten (14) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) und in dem ersten Gewindeabschnitt (I) geringer als in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) ist, und/oder wobei die Breite der Gewindenuten (14) in dem dritten Gewindeabschnitt (III) gleich groß ist wie die Breite der Gewindenuten (14) in dem ersten Gewindeabschnitt (I). Vacuum pump according to claim 8, wherein the width of the thread grooves (14) in the third thread section (III) and in the first thread section (I) is smaller than in the second thread section (II), and/or wherein the width of the thread grooves (14) in the third thread section (III) is the same as the width of the thread grooves (14) in the first thread section (I). Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Nutgrund (18) eine Grundeinhüllende definiert, die in zumindest einem der drei Gewindeabschnitte (I, II, III) konisch ausgebildet ist.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
the groove base (18) defining a base envelope which is conical in at least one of the three thread sections (I, II, III).
Vakuumpumpe nach Anspruch 10,
wobei der Nutgrund (18) einen Konizitätswinkel (α) definiert, der in zumindest einem der drei Gewindeabschnitte (I, II, III) einen anderen Wert als in einem anderen Gewindeabschnitt aufweist.
Vacuum pump according to claim 10,
the groove base (18) defining a conicity angle (α) which has a different value in at least one of the three thread sections (I, II, III) than in another thread section.
Vakuumpumpe nach Anspruch 11,
wobei der Konizitätswinkel (α) in dem ersten Gewindeabschnitt (I) kleiner als in dem zweiten Gewindeabschnitt (II) und/oder in dem dritten Gewindeabschnitt (III) ist.
Vacuum pump according to claim 11,
wherein the conicity angle (α) in the first thread section (I) is smaller than in the second thread section (II) and/or in the third thread section (III).
Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Höhenabmessung des jeweiligen Gewindeabschnitts (I, II, III) 15% bis 50%, vorzugsweise 25 bis 40%, und insbesondere vorzugsweise 30% bis 35% der Axialerstreckung der Statorhülse (10) beträgt.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
the height dimension of the respective threaded section (I, II, III) being 15% to 50%, preferably 25 to 40%, and particularly preferably 30% to 35% of the axial extent of the stator sleeve (10).
Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Statorhülse (10) die Rotorhülse (163, 165) umgibt und das Holweck-Gewinde (16) als Innengewinde an der Statorhülse (10) ausgebildet ist; und/oder wobei die Rotorhülse (163) die Statorhülse (10) umgibt und das Holweck-Gewinde (16) als Außengewinde an der Statorhülse (10) ausgebildet ist. Vacuum pump according to one of the preceding claims, wherein the stator sleeve (10) surrounds the rotor sleeve (163, 165) and the Holweck thread (16) is designed as an internal thread on the stator sleeve (10); and or wherein the rotor sleeve (163) surrounds the stator sleeve (10) and the Holweck thread (16) is designed as an external thread on the stator sleeve (10). Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
der Holweck-Rotor eine innere Rotorhülse (165) und eine die innere Rotorhülse (165) konzentrisch umgebende äußere Rotorhülse (163) umfasst, und der Holweck-Stator eine die äußere Rotorhülse (163) konzentrisch umgebende äußere Statorhülse (10) und eine die innere Rotorhülse (165) konzentrisch umgebende innere Statorhülse (10) umfasst, wobei das Holweck-Gewinde (16) als Innengewinde an der äußeren Statorhülse (10), als Innengewinde an der inneren Statorhülse (10) und/oder als Außengewinde an der inneren Statorhülse (10) ausgebildet ist.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
the Holweck rotor comprises an inner rotor sleeve (165) and an outer rotor sleeve (163) concentrically surrounding the inner rotor sleeve (165), and the Holweck stator comprises an outer stator sleeve (10) concentrically surrounding the outer rotor sleeve (163) and an outer stator sleeve (10) surrounding the inner Rotor sleeve (165) concentrically surrounding inner stator sleeve (10), wherein the Holweck thread (16) as an internal thread on the outer stator sleeve (10), as an internal thread on the inner stator sleeve (10) and/or as an external thread on the inner stator sleeve ( 10) is formed.
Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 15,
wobei die Statorhülse (10) anstelle des ersten und/oder dritten Gewindeabschnitts (I, III) einen Abschnitt (24) mit einer gewindefreien zylindrischen Mantelfläche (26) ausbildet, der einen separat handhabbaren Ring (22) aufnimmt, der einen Gewindeabschnitt aufweist, welcher zusammen mit dem zweiten Gewindeabschnitt (II) das Holweck-Gewinde (16) der Statorhülse (10) bildet, wobei sich der Gewindeabschnitt des Rings (22) von dem zweiten Gewindeabschnitt (II) durch zumindest einen Gewindeparameter aus der Gruppe von Gewindeparametern unterscheidet.
Vacuum pump according to one of claims 2 to 15,
the stator sleeve (10) forming a section (24) with a thread-free cylindrical lateral surface (26) instead of the first and/or third threaded section (I, III), which accommodates a ring (22) which can be handled separately and which has a threaded section which together with the second threaded section (II), the Holweck thread (16) of the stator sleeve (10) forms, with the threaded section of the ring (22) of which second thread section (II) differs by at least one thread parameter from the group of thread parameters.
Vakuumpumpe nach Anspruch 16,
wobei der Nutgrund (18) eine konische Grundeinhüllende definiert.
Vacuum pump according to claim 16,
the groove base (18) defining a conical base envelope.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2411247A1 (en) * 1973-03-21 1974-09-26 Cit Alcatel HIGH VACUUM MOLECULAR PUMP WITH CYLINDER DRUM
US3947193A (en) * 1973-03-30 1976-03-30 Compagnie Industrielle Des Telecommunications Cit-Alcatel Molecular vacuum pump structure
WO2011070856A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 エドワーズ株式会社 Cylindrical fixed member of thread-groove exhaust unit and vacuum pump using same
EP3657021A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-27 Pfeiffer Vacuum Gmbh Vacuum pump
US20230096958A1 (en) * 2021-09-29 2023-03-30 Shimadzu Corporation Vacuum pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2411247A1 (en) * 1973-03-21 1974-09-26 Cit Alcatel HIGH VACUUM MOLECULAR PUMP WITH CYLINDER DRUM
US3947193A (en) * 1973-03-30 1976-03-30 Compagnie Industrielle Des Telecommunications Cit-Alcatel Molecular vacuum pump structure
WO2011070856A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 エドワーズ株式会社 Cylindrical fixed member of thread-groove exhaust unit and vacuum pump using same
EP3657021A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-27 Pfeiffer Vacuum Gmbh Vacuum pump
US20230096958A1 (en) * 2021-09-29 2023-03-30 Shimadzu Corporation Vacuum pump

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