EP4726212A2

EP4726212A2 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: EP4726212A2
Application number: EP25222561.0A
Authority: EP
Inventors: Jan Hofmann; Maximilian Birkenfeld
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2025-12-11
Filing date: 2025-12-11
Publication date: 2026-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe (90), bevorzugt Vakuumpumpe (90) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Splitflowpumpe (92), mit
- einem Einlass (94),
- einem Auslass (96),
- zwei oder mehr in Pumprichtung (98) zwischen dem Einlass (94) und dem Auslass (96) hintereinander geschaltete Pumpstufen (10), wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen (10) wenigstens eine Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) in Pumprichtung (98) vor der Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) einen Holweck-Stator (20) und einen im Betrieb um eine Rotationsachse (102) rotierenden Holweck-Rotor (30) umfasst,
wobei zumindest ein Zwischeneinlass (40) für zu pumpendes Gas (100) vorgesehen ist, der in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen (10) angeordnet ist, oder alternativ wobei zumindest ein Zwischeneinlass (40) für zu pumpendes Gas (100) vorgesehen ist, der zwischen zwei der Pumpstufen (10) oder in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Splitflowpumpe, mit

einem Einlass,
einem Auslass,
zwei oder mehr in Pumprichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass hintereinander geschaltete Pumpstufen, wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen wenigstens eine TurbomolekularPumpstufe und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe in Pumprichtung vor der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe einen Holweck-Stator und einen im Betrieb um eine Rotationsachse rotierenden Holweck-Rotor umfasst.

Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist zumindest ein Zwischeneinlass für zu pumpendes Gas vorgesehen, der in einem pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe, oder alternativ zwischen zwei der Pumpstufen oder in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen angeordnet ist.
Vakuumpumpen mit einer oder mehrerer Turbomolekular-Pumpstufe werden oftmals auch direkt als Turbomolekularpumpen bezeichnet, da die eingesetzten Turbomolekular-Pumpstufen letztendlich das durch die jeweilige Vakuumpumpe erreichbare Druckniveau, insbesondere ein Hochvakuum oder Ultrahochvakuum, bestimmen. Bei derartigen Turbomolekularpumpen handelt es sich um hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise grundsätzlich bekannte Vakuumpumpen, die vielseitig einsetzbar sind und in unterschiedlichen Anwendungen und Umgebungen in Industrie und Wissenschaft Verwendung finden.
Turbomolekularpumpen werden insbesondere dazu verwendet, ein Vakuum in einer oder mehreren Vakuumkammern eines Rezipienten zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass eine Einlassseite der Vakuumpumpe mit der einen oder mehreren Vakuumkammern des Rezipienten verbunden wird.
Bei einer Vakuumpumpe, insbesondere also auch einer Turbomolekularpumpe, kann es sich insbesondere um eine sogenannte Splitflowpumpe handeln. Splitflowpumpen sind grundsätzlich bekannt. Die Begriffe "SplitFlow" und "SPLITFLOW" sind eingetragene Marken der Pfeiffer Vacuum GmbH. Andere Bezeichnungen für einer derartige Vakuumpumpe sind auch Mehreinlass-Vakuumpumpe und Multiinlet-Vakuumpumpe. Verschiedene Ausführungsbeispiele einer Splitflowpumpe sind u.a. in der EP 4 108 932 A1 beschrieben.
Ein Pumpsystem einer Splitflowpumpe umfasst typischerweise ein Turbomolekularpumpsystem mit wenigstens einer, zumeist jedoch mehreren Turbomolekular-Pumpstufen, denen in Pumprichtung eine Holweck-Pumpstufe, zumeist jedoch ein gesamtes Holweckpumpsystem, auch mit Holweck-Anordnung bezeichnet, mit mehreren radial ineinander angeordneten Holweck-Pumpstufen nachgeordnet ist. Die rotierenden pumpwirksamen Komponenten, nämlich die Rotorscheiben des Turbomolekularpumpsystems und eine oder mehrere Holweckhülsen des Holweckpumpsystems, sind an einer gemeinsamen, mittels eines Elektromotors zur Rotation um eine Rotationsachse angetriebenen Welle angebracht.
Das Pumpsystem einer Splitflowpumpe umfasst zumindest einen, in der Regel eine Mehrzahl von in Pumprichtung, also bezogen auf die Rotationsachse in axialer Richtung, aufeinander folgende radiale Zwischeneinlässe, die es ermöglichen, mit einer Splitflowpumpe gleichzeitig mehrere Vakuumkammern eines Rezipienten zu evakuieren und dabei unterschiedliche Druckniveaus in den Vakuumkammern zu erzielen. Splitflowpumpen können ein eigenes Außengehäuse aufweisen und über dieses mit einem Rezipienten verbunden werden. Alternativ können Splitflowpumpen in einen Pumpraum eines Rezipienten aufgenommen werden. Dabei können die Komponenten der Splitflowpumpe in einem eigenen, separaten Gehäuse angeordnet sein. Eine derartige Splitflowpumpe, die auch als Cartridge-Pumpe bezeichnet wird, kann als eine Einheit gehandhabt und in den Pumpraum des Rezipienten einsetzt werden. Das Vorsehen eines eigenen Gehäuses ist jedoch nicht zwingend. Es ist auch möglich, die einzelnen Komponenten der Splitflowpumpe ohne eigenes Gehäuse im Pumpraum des Rezipienten zu montieren.
Bei derartigen Splitflowpumpen kann vorgesehen sein, einen der Zwischeneinlässe im pumpaktiven Bereich einer Holweck-Pumpstufe oder zwischen der letzten Turbomolekular-Pumpstufe und der in Pumprichtung darauffolgenden Holweck-Pumpstufe vorzusehen. In beiden Fällen hat es sich herausgestellt, dass dadurch ein Saugvermögen der Holweck-Pumpstufe bezogen auf den Zwischeneinlass gegenüber einem theoretisch erreichbaren Pumpvermögen vermindert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Splitflowpumpe, bereitzustellen, bei der die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise behoben sind. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Splitflowpumpe, bereitzustellen, in der eine Holweck-Pumpstufe, in deren pumpaktiven Bereich ein Zwischeneinlass vorgesehen ist oder die unmittelbar auf einen Zwischeneinlass folgt, derart verbessert vorgesehen ist, dass ihre Pumpleistung bezogen auf den Zwischeneinlass gegenüber bekannten Ausführungen des Stands der Technik gesteigert ist.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Insbesondere wird die vorstehende Aufgabe durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Alternativ oder zusätzlich wird die vorstehende Aufgabe auch durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vakuumpumpen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vakuumpumpe, insbesondere Splitflowpumpe, mit

einem Einlass,
einem Auslass,
zwei oder mehr in Pumprichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass hintereinander geschaltete Pumpstufen, wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen wenigstens eine Turbomolekular-Pumpstufe und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe in Pumprichtung vor der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe einen Holweck-Stator und einen im Betrieb um eine Rotationsachse rotierenden Holweck-Rotor umfasst, wobei zumindest ein Zwischeneinlass für zu pumpendes Gas vorgesehen ist, der in einem pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Holweck-Pumpstufe bezogen auf die Rotationsachse eine axiale Länge mit einem der zumindest einen Turbomolekular-Pumpstufe zugewandten ersten axialen Ende und einem dem ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Ende aufweist, wobei der Zwischeneinlass in axialer Richtung zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen Ende der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist, und wobei der Holweck-Stator der Holweck-Pumpstufe einen an den Zwischeneinlass axial anschließenden ersten Axialbereich und einen zum ersten Axialbereich axial entgegengesetzt an den Zwischeneinlass anschließenden zweiten Axialbereich aufweist, wobei der erste Axialbereich pumpaktive Strukturen aufweist, die zum Pumpen in Richtung des ersten axialen Endes eingerichtet und ausgebildet sind und der zweite Axialbereich pumpaktive Strukturen aufweist, die zum Pumpen in Richtung des zweiten axialen Endes ausgebildet ist eingerichtet und ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist somit bevorzugt insbesondere eine Splitflowpumpe mit wenigstens einer Turbomolekular-Pumpstufe und einer entlang der Pumprichtung der Vakuumpumpe nachgeschalteten Holweck-Pumpstufe. Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe jedoch mehrere Turbomolekular-Pumpstufen und/oder Holweck-Pumpstufen aufweisen. Im Folgenden wird der Ausdruck "Holweck-Pumpstufe" derart verwendet, dass er sich jeweils, falls nicht explizit angegeben, auf diejenige Holweck-Pumpstufe bezieht, die in Pumprichtung als erstes nach der in Pumprichtung letzten Turbomolekular-Pumpstufe vom zu pumpenden Gas durchströmt wird.
Die Holweck-Pumpstufe weist die hierbei üblichen Komponenten auf, insbesondere einen Holweck-Stator und einen Holweck-Rotor. Der Holweck-Rotor ist derart ausgebildet und vorgesehen, dass er im Betrieb der Vakuumpumpe um eine Rotationsachse rotiert. Bevorzugt weist der Holweck-Rotor und ein Rotor der einen oder mehreren Turbomolekular-Pumpstufen eine gemeinsame Pumpenwelle auf, die durch einen Elektromotor angetrieben wird.
Der Holweck-Rotor weist insbesondere eine Holweck-Hülse auf, die zusammen mit dem Holweck-Stator den pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe bilden. Insbesondere ist der pumpaktive Bereich der Holweck-Pumpstufe dort vorhanden, wo sich die jeweilige axiale Erstreckung der Holweck-Hülse und des Holweck-Stators axial überlappen.
Weiter weist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung als Splitflowpumpe zumindest einen Zwischeneinlass für zu pumpendes Gas auf. Dieser Zwischeneinlass ist insbesondere in einem pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe vorgesehen. Zusätzlich zu diesem einen Zwischeneinlass können bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auch weitere Zwischeneinlässe vorgesehen sein, die jeweils in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen der Vakuumpumpe oder zwischen zwei Pumpstufen der Vakuumpumpe angeordnet sind. Im Folgenden wird mit dem Ausdruck "Zwischeneinlass", falls nicht explizit anders angegeben, der Zwischeneinlass in der Holweck-Pumpstufe beschrieben wird.
Wie vorstehend ausgeführt ist der Zwischeneinlass im pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe angeordnet. Dadurch ist bedingt, dass der Zwischeneinlass den Holweck-Stator entlang einer axialen Länge der Holweck-Pumpstufe, also einer Erstreckung der Holweck-Pumpstufe entlang ihrer Rotationsachse, axial in zwei Teile teilt, nämlich in einen ersten Axialbereich und einen zweiten Axialbereich.
Hierbei erstreckt sich der erste Axialbereich vom Zwischeneinlass bis zu einem ersten axialen Ende der Holweck-Pumpstufe, das insbesondere der Turbomolekular-Pumpstufe zugewandt ist. Analog erstreckt sich der zweite Axialbereich vom Zwischeneinlass bis zu einem zweiten axialen Ende der Holweck-Pumpstufe, das axial dem ersten axialen Ende entgegengesetzt ist.
Erfindungswesentlich ist vorgesehen, dass sowohl der erste Axialbereich als auch der zweite Axialbereich pumpaktive Strukturen aufweisen. Die pumpaktiven Strukturen sind hierbei derart eingerichtet und ausgebildet, dass im ersten Axialbereich das Pumpen des durch den Zwischeneinlass einströmenden zu pumpenden Gases in Richtung des ersten axialen Endes, im zweiten Axialbereich hingegen in Richtung des zweiten axialen Endes erfolgt. Mit anderen Worten, sowohl im ersten Axialbereich als auch im zweiten Axialbereich wird das einströmende Gas vom Zwischeneinlass weggepumpt.
Dies ermöglicht eine wesentliche Verbesserung der Pumpleistung der Holweck-stufe im Vergleich zu herkömmlichen Splitflowpumpen, bei denen der Zwischeneinlass zwar ebenfalls im pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe vorgesehen ist, jedoch die Pumprichtungen in beiden Axialbereichen gleich ist. Dadurch wird nur einer der beiden Axialbereiche, zumeist der zweite Axialbereich, für ein Pumpen des durch den Zwischeneinlass einströmenden zu pumpenden Gases verwendet.
Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erreicht werden, dass eine Pumpleistung der der Holweck-Pumpstufe, insbesondere hinsichtlich des zu pumpenden Gases, das durch den Zwischeneinlass einströmt, gegenüber bekannten Ausführungen von Vakuumpumpen des Stands der Technik gesteigert ist.
Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass zumindest zwei Holweck-Pumpstufen vorgesehen sind, die entlang der Pumprichtung nacheinander sowie bezüglich der Rotationachse radial ineinander angeordnet sind, und wobei der Zwischeneinlass im pumpaktiven Bereich der bezüglich der Rotationsachse radial äußersten Holweck-Pumpstufe angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Holweck-Pumpstufe ist Teil eines Holweck-Pumpsystems beziehungsweise einer Holweck-Anordnung, bei denen mehrere Holweck-Pumpstufen konzentrisch zueinander angeordnet und ineinander geschachtelt sind, so dass insbesondere bevorzugt die Pumprichtung von radial unmittelbar aufeinanderfolgenden Holweck-Pumpstufen einander entgegengesetzt ist. Hierbei wird auch von einer sogenannten "gefalteten" Holweck-Anordnungen gesprochen. Durch eine Positionierung des Zwischeneinlasses in der radial äußersten Holweck-Pumpstufe kann erreicht werden, dass der Zwischeneinlass besonders einfach zugänglich ist.
Weiter kann hierbei vorgesehen sein, Zwei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Holweck-Pumpstufen - eine (radial) äußere Holweck-Pumpstufe und eine (radial) innere Holweck-Pumpstufe - somit einen gemeinsamen, beidseitig mit jeweils einer pumpaktiven Struktur versehenen Holweck-Stator umfassen, der sich in radialer Richtung zwischen zwei Rotorhülsen befindet.
Auch kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt dahingehend ausgebildet sein, dass der Holweck-Stator als pumpaktive Strukturen im ersten Axialbereich ein erstes Holweck-Gewinde mit zumindest einem ersten Gewindeparameter und im zweiten Axialbereich ein zweites Holweck-Gewinde mit zumindest einem zweiten Gewindeparameter aufweist, wobei sich der erste Gewindeparameter und der zweite Gewindeparameter unterscheiden. Eine Pumpverhalten, insbesondere eine Pumpleistung, einer Holweck-Pumpstufe beziehungsweise eines Abschnitts einer Holweck-Pumpstufe wird zum einen durch eine Rotationsgeschwindigkeit der entsprechenden Holweck-Hülse, zum anderen auch durch die Ausgestaltung der jeweiligen pumpaktiven Struktur bestimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden nun die pumpaktiven Strukturen der beiden Axialbereiche durch Holweck-Gewinde gebildet. Diese Holweck-Gewinde sind durch entsprechende Gewindeparameter charakterisiert. Durch die Ausgestaltung, dass sich das Holweck-Gewinde des ersten Axialbereichs und das Holweck-Gewinde des zweiten Axialbereichs durch zumindest einen Gewindeparameter unterscheiden, kann ermöglicht werden, im ersten Axialbereich und im zweiten Axialbereich unterschiedliche Pumpcharakteristiken bereitzustellen, obwohl der erste Axialbereich und der zweite Axialbereich mit derselben Holweck-Hülse zusammenwirken. Eine Variabilität der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, und damit Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, können dadurch gesteigert werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch eine Pumprichtung des jeweiligen Axialbereichs durch Gewindeparameter bestimmt ist, insbesondere durch ein Vorzeichen einer Gewindesteigung. Somit sind auch Holweck-Gewinde in den beiden Axialbereichen denkbar, die sich nur im Gewindeparameter "Vorzeichen der Gewindesteigung" unterscheiden und ansonsten identische Gewindeparameter aufweisen.
Weiter kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das erste Holweck-Gewinde und das zweite Holweck-Gewinde jeweils zumindest eine, insbesondere mehrere Gewindenuten aufweist, die durch am jeweiligen Axialbereich ausgebildete Stege und durch einen durch den jeweiligen Axialbereich gebildeten Nutgrund begrenzt sind, und wobei die ersten Gewindeparameter und die zweiten Gewindeparameter zumindest einen weiteren der folgenden Parameter umfassen:

Absolutwert der Gewindesteigung,
Anzahl der Stege,
Breite der Gewindenuten,
Breite der Stege,
Höhe der Stege über dem Nutgrund, und
Konizitätswinkel.

Diese Liste ist nicht abgeschlossen, so dass auch weitere Parameter, soweit technisch sinnvoll und möglich, zur Charakterisierung des entsprechenden Holweck-Gewindes herangezogen werden können.
Wie bereits zuvor ist darauf hinzuweisen, dass sich die Holweck-Gewinde der beiden Axialbereiche im Parameter "Vorzeichen einer Gewindesteigung" automatisch unterscheiden, da dadurch die unterschiedliche axiale Pumprichtung im ersten Axialbereich und im zweiten Axialbereich bewirkt wird. Mit anderen Worten, in dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Holweck-Gewinde in den beiden Axialbereichen zusätzlich zum Gewindeparameter "Vorzeichen der Gewindesteigung" noch in einem weiteren der aufgelisteten Gewindeparameter.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vakuumpumpe, bevorzugt eine Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, insbesondere Splitflowpumpe, mit

einem Einlass,
einem Auslass,
zwei oder mehr in Pumprichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass hintereinander geschaltete Pumpstufen, wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen wenigstens eine Turbomolekular-Pumpstufe und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe in Pumprichtung vor der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe einen Holweck-Stator und einen im Betrieb um eine Rotationsachse rotierenden Holweck-Rotor umfasst, wobei zumindest ein Zwischeneinlass für zu pumpendes Gas vorgesehen ist, der zwischen zwei der Pumpstufen oder in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen angeordnet ist.

Die Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Holweck-Rotor eine sich im Wesentlichen radial erstreckenden Holweck-Nabe aufweist an der zumindest eine Holweck-Hülse angeordnet ist, wobei die Holweck-Nabe eine oder mehrere axial durchgängige Pumpöffnungen aufweist, um eine in axialer Richtung wirksame Fluidverbindung zwischen einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Abschnitt der Vakuumpumpe zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist bevorzugt als eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. In dieser Ausgestaltung der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist diese dieselben Merkmale und Vorteile auf, die voranstehend mit Bezug auf die Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Weiter ist auch die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung insbesondere als eine Splitflowpumpe mit wenigstens einer Turbomolekular-Pumpstufe und einer entlang der Pumprichtung der Vakuumpumpe nachgeschalteten Holweck-Pumpstufe ausgebildet. Bevorzugt können auch hier mehrere Turbomolekular-Pumpstufen und/oder Holweck-Pumpstufen vorgesehen sein. Im Folgenden wird der Ausdruck "Holweck-Pumpstufe" erneut derart verwendet, dass er sich jeweils, falls nicht explizit angegeben, auf diejenige Holweck-Pumpstufe bezieht, die in Pumprichtung als erstes nach der in Pumprichtung letzten Turbomolekular-Pumpstufe vom zu pumpenden Gas durchströmt wird.
Auch die Holweck-Pumpstufe der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist die hierbei üblichen Komponenten auf, insbesondere einen Holweck-Stator und einen Holweck-Rotor. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die entsprechenden obigen Ausführungen bezüglich der Ausgestaltung der Holweck-Pumpstufe der Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwiesen.
Weiter weist als Splitflowpumpe auch die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zumindest einen Zwischeneinlass für zu pumpendes Gas auf. Im Gegensatz zur Ausgestaltung der Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann dieser Zwischeneinlass bei der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung nicht nur in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen, sondern alternativ auch zwischen zwei der Pumpstufen oder angeordnet sein.
Bei der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine oder mehrere axial durchgängige Pumpöffnungen in einer Holweck-Nabe des Holweck-Rotors vorgesehen ist. Im Folgenden wird die Einzahlform ("Pumpöffnung") verwendet, die Ausführungen beziehen sich jedoch analog auch auf mehrere Pumpöffnungen.
Die Pumpöffnung stellt insbesondere eine in axialer Richtung wirksame Fluidverbindung zwischen einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Abschnitt der Vakuumpumpe bereit. Mit anderen Worten, die Pumpöffnung stellt eine durchgängige Fluidverbindung entlang der Pumprichtung zwischen dem Einlass der Vakuumpumpe und dem Auslass der Vakuumpumpe sicher. Insbesondere kann durch die Pumpöffnung zu pumpendes Gas von der Turbomolekularstufe, die in Pumprichtung als letztes vor der Holweck-Pumpstufe angeordnet ist, zur und damit letztendlich durch die Holweck-Pumpstufe geleitet werden.
Die erfindungsgemäß in der Holweck-Nabe vorgesehene Pumpöffnung ermöglicht, zu pumpendes Gas, kommend von der im Pumprichtung vorgeschalteten Turbomolekular-Pumpstufe, in die Holweck-Anordnung beziehungsweise das Holweck-pumpsystem nicht über die erste, radial äußerste Holweck-Pumpstufe einzuleiten, sondern erst in Pumprichtung dieser ersten Holweck-Pumpstufe nachgeschaltet. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, die gesamte erste Holweck-Pumpstufe zum Pumpen des durch den Zwischeneinlass zugeführten zu pumpenden Gases einzusetzen.
Durch den Zwischeneinlass wird, dem Konzept einer Splitflowpumpe folgend, der Holweck-Pumpstufe zusätzliches zu pumpendes Gas zugeführt. Hierbei kann, bei einer Anordnung des Zwischeneinlasses zwischen zwei Pumpstufen und damit im Sinne der Erfindung vor der Holweck-Pumpstufe, diese Holweck-Pumpstufe über die gesamte axiale Länge zum Pumpen dieses vom Zwischeneinlass zugeführten Gases verwendet werden. Bei einer Anordnung des Zwischeneinlasses im Pumpbereich der Holweck-Pumpstufe kann die Ausgestaltung der Holweck-Pumpstufe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet werden, um ebenfalls ein effektives Pumpen des durch den Zwischeneinlass zugeführten Gases über im Wesentlichen die gesamte Länge der Holweck-Pumpstufe zu erreichen.
Insgesamt kann somit auch durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erreicht werden, dass eine Pumpleistung der der Holweck-Pumpstufe, insbesondere hinsichtlich des zu pumpenden Gases, das durch den Zwischeneinlass einströmt, gegenüber bekannten Ausführungen von Vakuumpumpen des Stands der Technik gesteigert ist.
Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass die Pumpöffnung in der Holweck-Nabe in radialer Richtung gesehen innerhalb der Holweck-Hülse angeordnet ist, insbesondere wobei die Pumpöffnung in radialer Richtung gesehen zwischen zwei Holweck-Hülsen angeordnet ist. Die Holweck-Hülse bildet zusammen mit dem Holweck-Stator den pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe. Durch eine Anordnung der Pumpöffnung in der Holweck-Nabe radial innerhalb dieser Holweck-Hülse kann sichergestellt werden, dass die Holweck-Pumpstufe vollständig und insbesondere ausschließlich zum Pumpen von durch den Zwischeneinlass zugeführtes Gas verwendet werden kann, und insbesondere kein durch die Pumpöffnung strömendes Gas durch die Holweck-Pumpstufe gepumpt werden muss.
Weiter können auch zumindest zwei Holweck-Pumpstufen vorgesehen sein, die entlang der Pumprichtung nacheinander sowie bezüglich der Rotationachse radial ineinander angeordnet sind. Mit anderen Worten, auch in der Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Holweck-Pumpstufe Teil eines Holweck-Pumpsystems, insbesondere einer "gefalteten" Holweck-Anordnung sein. In diesem Fall hat sich eine Anordnung der Pumpöffnung zwischen zwei Holweck-Hülsen als besonders günstig herausgestellt, da dadurch eine Zuführung des zu pumpenden Gases in das Holweck-Pumpsystem genau zwischen zwei der aufeinander folgenden Holweck-Pumpstufen erfolgt. Eine Beeinträchtigung des Pumpvorgangs in den jeweiligen Holweck-Pumpstufen durch das zugeführte Gas kann so vermieden oder zumindest deutlich vermindert werden.
Die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen können sowohl in einer Vakuumpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung als auch in einer Vakuumpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein. Es wird daher nachstehend nicht mehr zwischen den Vakuumpumpen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und den Vakuumpumpen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung differenziert, da sämtliche nachfolgend beschriebenen Merkmale und Vorteile durch beide Varianten an Vakuumpumpen bereitgestellt werden können.
So kann bei einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ferner vorgesehen sein, dass in Pumprichtung der Turbomolekular-Pumpstufe vor der Holweck-Nabe eine Holweck-Zusatzpumpstufe mit einer Holweck-Zusatzhülse und einem Holweck-Zusatzstator vorgesehen ist, deren Pumprichtung derjenigen der Turbomolekular-Pumpstufe entspricht. Wie vorstehend ausgeführt kann durch die Pumpöffnung in der Holweck-Nabe erreicht werden, dass die gesamte Holweck-Stufe zum Pumpen von durch den Zwischeneinlass zugeführtes Gas verwendet werden kann. Insbesondere bringt dies jedoch zumeist mit sich, dass zumindest ein Teil dieses Gases in der Holweck-Pumpstufe in Richtung der Pumpöffnung gefördert wird, also entgegen der Pumprichtung der Turbomolekular-Pumpstufe. Mit anderen Worten, ein Eindringen von diesem Gas durch die Pumpöffnung in die Turbomolekular-Pumpstufe entgegen deren Pumprichtung ist zumindest nicht ausgeschlossen. Eine Beeinträchtigung der gesamten Pumpleistung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe kann dadurch eintreten. Durch eine Holweck-Zusatzpumpstufe, die vor der Holweck-Nabe und damit auch vor der Pumpöffnung positioniert ist, und deren Pumprichtung derjenigen in der Turbomolekular-Pumpstufe entspricht, kann dies jedoch sicher vermieden werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe auch derart ausgebildet sein, dass der Holweck-Zusatzstator einstückig mit dem Holweck-Stator ausgebildet ist. Mit anderen Worten, der Holweck-Stator erstreckt sich axial über den ersten Axialbereich hinaus und bildet axial anschließend an den ersten Axialbereich noch den Holweck-Zusatzstator. Die Anzahl an verschiedenen und für den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe erforderlichen Einzelteile können dadurch vermindert werden. Insgesamt kann dadurch somit der gesamte Aufbau, insbesondere auch die Fertigung, der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe vereinfacht werden. Auch eine Abdichtung eines Übergangs zwischen der Holweck-Zusatzpumpstufe und dem ersten Axialbereich kann dadurch besonders einfach sichergestellt werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass alternativ auch eine mehrteilige Ausgestaltung der Holweck-Statoren denkbar ist. Hierbei kann insbesondere für den ersten Axialbereich, den zweiten Axialbereich und/oder die Holweck-Zusatz-Pumpstufe jeweils ein separates Bauteil vorgesehen sein.
Weiter kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dadurch gekennzeichnet sein, dass die Holweck-Zusatzhülse an der Holweck-Nabe an einer axial entgegengesetzten Seite zu der Holweck-Hülse angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Holweck-Zusatzhülse und die Holweck-Hülse erstrecken sich, ausgehend von der Holweck-Nabe, in entgegengesetzte axiale Richtungen. Hierbei ist die Holweck-Zusatzhülse, analog zur Holweck-Hülse, bevorzugt konzentrisch zu der Rotationsachse des Holweck-Rotors ausgerichtet. Insbesondere ist durch diese Anordnung die Holweck-Zusatzhülse, die zusammen mit dem Holweck-Zusatzstator einen pumpaktiven Bereich der Holweck-Zusatzstufe bildet, ein integraler Teil des Holweck-Rotors, der auch Element der Holweck-Pumpstufe ist. Dadurch kann die für die Pumpwirkung der Holweck-Zusatzstufe notwendige Rotation der Holweck-Zusatzhülse besonders einfach erzeugt und sichergestellt werden. Auf eine separate Verbindung der Holweck-Zusatzhülse mit der gemeinsamen Pumpenwelle oder gar auf einen vollständig eigenen Antrieb für die Holweck-Zusatzstufe kann somit verzichtet werden.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe auch vorgesehen sein, dass die Holweck-Zusatzhülse in radialer Richtung gesehen innerhalb der Pumpöffnung an der Holweck-Nabe angeordnet ist, und wobei der Holweck-Zusatzstator in radialer Richtung gesehen außerhalb der Holweck-Zusatzhülse angeordnet ist. Durch diese radiale Anordnung dieser Elemente der Holweck-Zusatzstufe kann sichergestellt werden, dass der pumpaktive Bereich der Holweck-Zusatzstufe, der im axialen Überlapp zwischen dem Holweck-Zusatzstator und der Holweck-Zusatzhülse gebildet ist, in Pumprichtung vor der Pumpöffnung angeordnet ist. Durch die Holweck-Zusatzstufe wird dadurch zu pumpendes Gas in Richtung der Pumpöffnung gefördert, ein Verhindern eines Strömens von Gas aus der Holweck-Pumpstufe durch die Pumpöffnung in Richtung der letzten Turbomolekular-Pumpstufe kann auf diese Weise noch besser und sicherer verhindert werden.
Auch kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dahingehend ausgebildet sein, dass die Holweck-Zusatzstufe als pumpaktive Struktur ein an einem Holweck-Zusatzstator ausgebildetes Holweck-Zusatzgewinde mit Zusatz-Gewindeparametern aufweist, wobei das Holweck-Zusatzgewinde zumindest eine, insbesondere mehrere Gewindenuten umfasst, die durch am Holweck-Zusatzstator ausgebildete Stege und durch einen durch den Holweck-Zusatzstator gebildeten Nutgrund begrenzt sind, und wobei die Zusatz-Gewindeparameter zumindest einen der folgenden Parameter umfasst

Diese Liste ist nicht abgeschlossen, so dass auch weitere Parameter, soweit technisch sinnvoll und möglich, zur Charakterisierung des Holweck-Zusatzgewindes herangezogen werden können.
Es ist darauf hinzuweisen, dass für das Holweck-Zusatzgewinde der Parameter "Vorzeichen einer Gewindesteigung" automatisch vorgegeben ist, da durch diesen Parameter eine Pumprichtung der zugrundeliegenden Pumpstufe bestimmt ist. Diese ist für die Holweck-Zusatzstufe jedoch festgelegt, nämlich derart, dass die Pumprichtung der Holweck-Zusatzstufe derjenigen der Turbomolekular-Pumpstufe entspricht.
Weiter kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dadurch gekennzeichnet sein, dass die ersten Gewindeparameter und die Zusatz-Gewindeparameter derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass ein Fluss von durch den ersten Axialbereich geförderten zu pumpenden Gas durch die Holweck-Zusatzstufe entgegen der Pumprichtung verhindert wird. Wie vorstehend bereits ausgeführt, wirkt die Pumpwirkung der Holweck-Zusatzstufe allein schon durch deren Pumprichtung, die derjenigen der Turbomolekular-Pumpstufe entspricht, einem Fluss von durch den ersten Axialbereich geförderten zu pumpenden Gas durch die Holweck-Zusatzstufe in Richtung der Turbomolekularstufe entgegen. Durch eine explizite Abstimmung der ersten Gewindeparameter und der Zusatz-Gewindeparameter aufeinander, kann die Pumpwirkung der Holweck-Zusatzstufe darüber hinaus derart dimensioniert eingestellt werden, dass dieser ungewollte Gasfluss entgegen der Pumprichtung sicher verhindert wird beziehungsweise ist.
Bevorzugt kann hier vorgesehen sein, dass diese Abstimmung durch eine Einstellung allein der Zusatz-Gewindeparameter erfolgt. Auf diese Weise kann der oben beschriebene Vorteil eines Verhinderns eines ungewollten Rückflusses ermöglicht werden, ohne dass hierfür Änderungen des oder der ersten Gewindeparameter nötig sind, da dies gegebenenfalls zu ungewollten Einschränkungen einer Pumpwirkung des ersten Axialbereichs der Holweck-Pumpstufe führen könnten.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe kann auch vorgesehen sein, dass eine zweite Holweck-Pumpstufe vorgesehen ist, wobei sich die zweite Holweck-Pumpstufe in Pumprichtung pumpwirksam ausschließlich an den zweiten Axialbereich der ersten Holweck-Pumpstufe anschließt. Wie oben bereits beschrieben erstreckt sich der zweite Axialbereich der ersten Holweck-Pumpstufe nur über einen Teilbereich der axialen Länge der ersten Holweck-Pumpstufe. Eine Pumpwirkung dieses zweiten Axialbereichs ist somit, verglichen mit einer theoretischen Holweck-Pumpstufe über die gesamte axiale Länge, vermindert. Durch eine zweite Holweck-Pumpstufe, die sich ausschließlich an den zweiten Axialbereich anschließt, kann dies zumindest teilweise kompensiert werden. Bevorzugt können der zweite Axialbereich und die zweite Holweck-Pumpstufe konzentrisch zueinander angeordnet und ineinander geschachtelt sein, so dass sie insbesondere eine "gefaltete" Holweck-Anordnungen bilden.
Alternativ, oder zusätzlich, kann eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe auch dadurch gekennzeichnet sein, dass eine weitere Holweck-Pumpstufe vorgesehen ist, wobei sich die weitere Holweck-Pumpstufe in Pumprichtung pumpwirksam sowohl nach dem Zwischeneinlass als auch nach der einen oder mehreren Pumpöffnungen angeordnet ist. Die vorstehend beschriebene zweite Holweck-Pumpstufe pumpt Gas, das ihr ausschließlich vom zweiten Axialbereich zugeführt wird, also ursprünglich durch den Zwischeneinlass in die Holweck-Pumpstufe eingeströmt ist. Im Gegensatz dazu ist die weitere Holweck-Pumpstufe nicht nur dem Zwischeneinlass, sondern zusätzlich auch der Pumpöffnung fluidkommunizierend in Pumprichtung nachgeschaltet. Die Pumpöffnung ermöglicht ein Zuführen von zu pumpenden Gas entlang der generellen Pumprichtung der Vakuumpumpe, der Zwischeneinlass ein Zuführen von Gas im Sinne der Ausgestaltung der Vakuumpumpe als Splitflowpumpe. Durch das Vorsehen der weiteren Holweck-Pumpstufe kann somit ermöglicht werden, dass die gesamte Holweck-Anordnung, aufweisend zumindest die Holweck-Pumpstufe und die weitere Holweck-Pumpstufe, bevorzugt weiter aufweisend auch die zweite Holweck-Pumpstufe, zum Pumpen und Fördern von sämtlichem Gas, das in diesem Teil der Vakuumpumpe vorhanden ist, ausgebildet ist.
Weiter kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dahingehend ausgebildet sein, dass ein mit Bezug auf die Rotationsachse radial innerhalb des Holweck-Stators angeordneter Holweck-Innenstator vorgesehen ist, wobei der Holweck-Innenstator konzentrisch zum Holweck-Stator angeordnet ist und pumpaktive Strukturen für die zweiten Holweck-Pumpstufe und/oder die weitere Holweck-Pumpstufe aufweist. Wie bereits einleitend beschrieben wird ein pumpaktiver Bereich einer Holweck-Pumpstufe zumeist durch ein Stator-Element und ein antreibbar rotierendes Rotor-Element, insbesondere ein Hülsen-Element, gebildet, die konzentrisch ineinander angeordnet sind und sich axialen entlang einer Erstreckung des zu bildenden pumpwirksamen Bereichs überlappen. Durch den Holweck-Innenstator als weiteres Stator-Element kann somit die zweite Holweck-Pumpstufe und/oder die weitere Holweck-Pumpstufe besonders einfach realisiert werden. Bevorzugt kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Holweck-Innenstator auf einer radial äußeren Seite pumpaktive Strukturen zum Bilden der zweiten Holweck-Pumpstufe, und auf einer radial inneren Seite pumpaktive Strukturen zum Bilden der weiteren Holweck-Pumpstufe aufweist.
Auch kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe dadurch gekennzeichnet sein, dass sich der Holweck-Innenstator axial vom zweiten axialen Ende bis zu einem freien Ende erstreckt, wobei das freie Ende in einem Bereich von 25% - 75% der axiale Länge, insbesondere in axialer Höhe des Zwischeneinlasses, angeordnet ist. Der Holweck-Innenstator weist bevorzugt pumpaktive Strukturen für die zweite Holweck-Pumpstufe und die weitere Holweck-Pumpstufe auf. Durch eine Erstreckung des Holweck-Innenstators derart, dass sein freies Ende im Bereich von 25% - 75% der axialen Länge, also im Wesentlichen in der Mitte der axialen Länge, endet, kann ermöglicht werden, dass die axiale Erstreckung des Holweck-Innenstators für eine bereitzustellende Pumpwirkung der zweiten Holweckstufe ausreicht. Gleichzeitig kann jedoch auch ermöglicht werden, dass oberhalb des Holweck-Innenstators, also axial zwischen seinem freien Ende und dem ersten Ende der Holweck-Pumpstufe, ausreichend Raum verbleibt, dass zu pumpendes Gas vom ersten Axialbereich der Holweck-Pumpstufe und von der Pumpöffnung sich mit zu pumpenden Gas vom zweiten Axialbereich der Holweck-Pumpstufe vereinigen kann, um dann in der weiteren Holweck-Pumpstufe weiter gepumpt werden zu können.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen beispielhaft den Aufbau einer an sich bekannten Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, sowie Ausführungsbeispiele gemäß den vorstehend erläuterten Aspekten. 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 Splitflowpumpe mit einer Holweck-Anordnung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7: eine erste mögliche Ausgestaltungsform einer Holweck-Anordnung einer erfindungsgemäßen Splitflowpumpe, und
Fig. 8: eine erste mögliche Ausgestaltungsform einer Holweck-Anordnung einer erfindungsgemäßen Splitflowpumpe.

Nachfolgend wird zum Verständnis anhand der Fig. 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer an sich bekannten Turbomolekularpumpe 111 beschrieben, um die grundsätzliche Funktionsweise von Turbomolekular-Pumpstufen, Holweckpumpstufen und anderen Komponenten (z.B. Lagerung eines Rotors der Pumpe) zu erläutern. Diese Konzepte lassen sich in analoger Form auch auf Splitflowpumpen anwenden.
Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.
Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125 (vgl. auch Fig. 3). Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.
Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.
Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, eingelassen werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.
Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.
Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.
An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.
An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.
In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.
Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.
In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.
Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.
Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.
Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.
Am unteren Ende der Holweck-Rotorhülse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der radial außenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. Außerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-Statorhülse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-Rotorhülse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.
Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 167, 169 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.
Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.
Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.
Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.
Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 185 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.
Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Absto-ßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 201 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.
Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, damit eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
Fig. 6 zeigt eine als Splitflowpumpe 92 ausgebildete Vakuumpumpe 90 mit einer Holweck-Anordnung gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist in der oberen Abbildung "A" schematisch die gesamte Vakuumpumpe 90, in der unteren Abbildung "B" der in Abbildung "A" gestrichelt markierte Bereich der Vakuumpumpe 90, insbesondere umfassend die Holweck-Anordnung, vergrößert dargestellt. Im Folgenden werden beide Abbildungen "A", "B" der Fig. 6 gemeinsam beschrieben.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Vakuumpumpe 90 des Stands der Technik handelt es sich um eine mehrstufige Splitflowpumpe 92. Die Vakuumpumpe 90 weist drei Turbomolekular-Pumpstufen 12 (siehe Abbildung "A") und drei Holweck-Pumpstufen 14 (siehe Abbildung "B") auf, wobei letztere zusammen auch als Holweck-Anordnung bezeichnet werden. Die Elemente der Turbomolekular-Pumpstufen 12 und diejenigen der Holweck-Pumpstufen 14 rotieren im Betrieb der Vakuumpumpe 90 um dieselbe Rotationsachse 102. Dies ermöglicht, dass wie dargestellt in derartigen Vakuumpumpen 90 eine gemeinsame Pumpenwelle 104 für alle Turbomolekular-Pumpstufen 12 und Holweck-Pumpstufen 14 verwendet werden kann. Entlang einer Pumprichtung 98 des zu pumpenden Gases 100 erstreckt sich die Vakuumpumpe 90 von einem Einlass 94 zu einem Auslass 96.
In Abbildung "B" ist eine vergrößerte Ansicht der Holweck-Anordnung gezeigt. Insbesondere ist deutlich erkennbar, dass die Pumpenwelle 104 einen Holweck-Rotor 30 trägt. Der Holweck-Rotor 30 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Holweck-Nabe 32 und zwei daran angeordnete und sich koaxial und parallel zur Rotationsachse 102 erstreckende Holweck-Hülsen 34 auf. Ebenfalls koaxial sind zwei Holweck-Statoren 20 vorgesehen, die auf den Holweck-Hülsen 34 zugewandten Seitenflächen pumpaktive Strukturen 60, insbesondere Holweck-Gewinde 62, aufweisen.
Neben dem Einlass 94 weist die dargestellte Vakuumpumpe 90 als Splitflowpumpe 92 drei Zwischeneinlässe 40 auf. Zwei dieser Zwischeneinlässe 40 sind zwischen jeweils dem pumpaktiven Bereichen zweier Turbomolekularpumpstufen 12 angeordnet. Der dritte Zwischeneinlass 40 hingegen, wie in Abbildung "B" deutlich erkennbar, ist im pumpaktiven Bereich einer der Holweck-Pumpstufen 14 angeordnet und teilt somit diesen axial in zwei Abschnitte.
In den mit Bezug auf die Rotationsachse 102 oberen Abschnitt der radial äußersten Holweck-Pumpstufe 14 wird Gas 100 kommend von der in Pumprichtung 98 vorgeschalteten Turbomolekularpumpstufe 12 (vgl. Abbildung "A", in Abbildung "B" nicht mit gezeigt) gepumpt beziehungsweise gefördert. Durch den Zwischeneinlass 40 kann nun auch weiteres zu pumpendes Gas 100 einströmen, das dann zusammen mit dem von den Turbomolekularpumpstufen 12 vorgepumpten Gas 100 weitergepumpt wird. In den dann anschließenden zwei weiteren Holweck-Pumpstufen 12 wird das gesamte dann in der Holweck-Anordnung vorhandene Gas weitergepumpt.
Bedingt durch diesen Aufbau ergibt es sich bei gemäß dem Stand der Technik bekannten Splitflowpumpen 92, dass von der ersten, also radial äußersten, Holweck-Pumpstufe 14 für zu pumpendes Gas 100, das durch den Zwischeneinlass 40 zugeführt wird, nur ein Teil der gesamte Holweck-Pumpstufe 14 verwendet wird. Eine Pumpleistung für durch den Zwischeneinlass 40 einströmenden Gas 100 ist daher vermindert.
In Fig. 7 ist eine erste mögliche Ausgestaltungsform einer Holweck-Anordnung einer erfindungsgemäßen Splitflowpumpe 92 gezeigt. Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Besonderheiten dieser Holweck-Anordnung beschrieben, wobei insbesondere auf die Unterschiede zu bekannten Holweck-Anordnungen, wie sie beispielhaft in Abbildung "B" der Fig. 6 gezeigt ist, eingegangen wird.
Eine bezüglich der Rotationsachse 102 radial äußerste Holweck-Stufe 14 weist auch in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung in ihrem Holweck-Stator 20 einen Zwischeneinlass 40 auf. Entlang der axialen Länge 50 der Holweck-Stufe 14 ist dadurch der Holweck-Stator 20 in einen ersten Axialbereich 22 und einen zweiten Axialbereich 24 unterteilt. Der erste Axialbereich 22 erstreckt sich vom Zwischeneinlass 40 in Richtung des ersten axialen Ende 52, der zweite Axialbereich 24 zu diesem entgegengesetzt vom Zwischeneinlass 40 in Richtung des zweiten axialen Ende 54.
Erfindungsgemäß kann hierbei nun insbesondere vorgesehen sein, dass die pumpaktiven Strukturen 60 beider Axialbereiche 22, 24 derart eingerichtet und ausgebildet sind, dass das durch den Zwischeneinlass 40 einströmende zu pumpende Gas 100 vom Zwischeneinlass 40 weggepumpt wird, nämlich vom ersten Axialbereich 22 in Richtung des ersten axialen Endes 52, und entsprechend vom zweiten Axialbereich 24 in Richtung des zweiten axialen Endes 54. Eine Pumpleistung der gesamten ersten, radial äußersten Holweck-Stufe 14 bezüglich dem durch den Zwischeneinlass 40 einströmenden zu pumpenden Gas 100 kann dadurch maßgeblich gesteigert werden.
Bevorzugt können die pumpaktiven Strukturen 60 der beiden Axialbereiche 22, 24 durch entsprechende Holweck-Gewinde 62 gebildet sein. Um die Pumpleistungen der beiden Axialbereiche 22, 24 aufeinander abzustimmen, können Werte von ersten Gewindeparametern 64 des Holweck-Gewindes 62 des ersten Axialbereichs 22 und Werte von entsprechenden zweiten Gewindeparametern 66 des Holweck-Gewindes 62 des zweiten Axialbereichs 24 unterschiedlich eingestellt sein. Derartige Gewindeparameter 64, 66 umfassen insbesondere Eigenschaften von Gewindenuten der Holweck-Gewinde 62 wie zum Beispiel, Breite und/oder Höhe von Stegen oder der Gewindenuten, oder auch einen Konizitätswinkel.
Die voranstehende Holweck-Stufe 14 wird durch das Zusammenwirken des Holweck-Stators 20, also insbesondere dessen ersten und zweiten Axialbereich 22, 24, und einer im Betrieb der Vakuumpumpe 90 rotierenden Holweck-Hülse 34, bestimmt. Die Holweck-Hülse 34 ist hierbei an einer Holweck-Nabe 32 angeordnet, mit der sie zusammen einen Holweck-Rotor 30 bildet. Der Holweck-Rotor 30 wiederum ist mit der zentralen Pumpenwelle 104 verbunden, und kann um die Rotationsachse 102 rotieren.
Eine alternative oder zusätzliche Besonderheit der Holweck-Anordnung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 90 besteht darin, dass in der Holweck-Nabe 32 zumindest eine axial durchgängige Pumpöffnung 36 vorgesehen ist. Dies ermöglicht insbesondere, dass zu pumpendes Gas 100, kommend von einer in Pumprichtung 98 der Holweck-Anordnung vorgeschalteten Turbomolekular-Pumpstufe 12 (vgl. Fig. 6), in die Holweck-Anordnung eingeleitet werden kann, ohne dass es durch die erste, insbesondere radial äußerste, Holweck-Pumpstufe 14 gepumpt werden muss.
Dies kann ermöglichen, wie in Fig. 7 abgebildet, die erste Holweck-Pumpstufe 14 mit geteilten Axialbereichen 22, 24 mit unterschiedlichen Pumprichtungen 98 für Gas 100 aus dem Zwischeneinlass 40 zu realisieren. Alternativ, jedoch nicht mit abgebildet, kann auch ermöglicht werden, die gesamte erste Holweck-Pumpstufe 14 zum Pumpen des Gases 100 aus dem Zwischeneinlass 40 einzusetzen, nun allerdings vollständig in eine Pumprichtung 98 entlang der gesamten axialen Länge 50. Dies ist insbesondere bei Splitflowpumpen 92 vorteilhaft, bei denen der Zwischeneinlass 40 zwischen der letzten Turbomolekular-Pumpstufe 12 und der ersten Holweck-Pumpstufe 14 angeordnet ist.
Die zumindest eine Pumpöffnung 36 ist in radialer Richtung gesehen innerhalb der Holweck-Hülse 34 angeordnet. Zusammen mit einer Anordnung des Holweck-Stators 20 mit den beiden Axialbereichen 22, 24 radial außerhalb dieser Holweck-Hülse 34 ermöglicht dies insbesondere, auf besonders einfache Weise sicherzustellen, dass die gesamte erste Holweck-Pumpstufe 14 radial außerhalb der Pumpöffnung 34 positioniert ist. Dadurch kann sämtliches Gas 100, das durch diese erste Holweck-Pumpstufe 14 in Richtung der Holweck-Nabe 32 gepumpt wird, zusammen mit dem von den Turbomolekular-Pumpstufen 12 zugeführten zu pumpenden Gas 100 weitergepumpt werden kann.
Eine mögliche optionale Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 90 ist in Fig. 7 ebenfalls mit abgebildet, nämlich eine Holweck-Zusatz-pumpstufe 70, die in Pumprichtung 98 der Turbomolekular-Pumpstufe 12 (vgl. Fig. 6) vor der Holweck-Nabe 32 vorgesehen ist, und deren Pumprichtung 98 derjenigen der Turbomolekular-Pumpstufe 12 entspricht, also mit anderen Worten in Richtung der Holweck-Nabe 32 zeigt.
Die Holweck-Zusatzpumpstufe 70 weist eine Holweck-Zusatzhülse 72 und einen Holweck-Zusatzstator 74 auf. Der Holweck-Zusatzstator 74 trägt pumpaktive Strukturen 60, insbesondere ein Holweck-Zusatzgewinde 76, das durch Zusatz-Gewindeparameter 78 charakterisiert ist. Die Zusatz-Gewindeparameter 78 können analog zu den ersten und zweiten Gewindeparametern 64, 66 ebenfalls beispielsweise Eigenschaften von Gewindenuten des Holweck-Zusatzgewindes 76 wie zum Beispiel, Breite und/oder Höhe von Stegen oder der Gewindenuten, oder auch einen Konizitätswinkel, umfassen. Der Konizitätswinkel kann sich hierbei sowohl auf den Nutgrund als auch auf einen Innendurchmesser der Stegspitzen, oder sogar auf beides beziehen. Bevorzugt sind die Zusatz-Gewindeparameter 78 derart eingestellt, insbesondere auf die ersten Gewindeparameter 64 angepasst eingestellt, dass ein Strömen von Gas 100, das durch den ersten Axialbereich 22 in Richtung der Turbomolekular-Pumpstufen 12 gepumpt wird, durch die Holweck-Zusatzpumpstufe 70 entgegen deren Pumprichtung 98 sicher verhindert ist.
Der Holweck-Zusatzstator 74 kann, wie dargestellt, separat zum Holweck-Stator 20 der Holweck-Pumpstufe 14 ausgebildet sein. Bevorzugt - jedoch nicht abgebildet - kann jedoch auch eine einstückige Ausgestaltung des Holweck-Zusatzstators 74 mit dem Holweck-Stator 20 der Holweck-Pumpstufe 14 realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar, die Axialbereiche 22, 24 an separaten Bauteilen vorzusehen. Eine beispielhafte Ausführungsform kann eine "gestapelte" Anordnung separater Bauteile mit den Komponenten 22, 24, 74 umfassen.
Die Holweck-Zusatzhülse 72 kann insbesondere ebenfalls an der Holweck-Nabe 32 angeordnet sein. Diese Anordnung erfolgt bevorzugt auf einer axial anderen Seite der Holweck-Nabe 32 als es bei der Holweck-Hülse 32 der Holweck-Pumpstufe 14 der Fall ist. Durch die dargestellte, weiter bevorzugte Anordnung der Holweck-Zusatzhülse 72 radial innerhalb der Pumpöffnung 36, bei gleichzeitiger Anordnung des Holweck-Zusatzstators 74 radial außerhalb der Holweck-Zusatzhülse 72 kann eine besonders gute, insbesondere vollständige, Zuführung von zu pumpenden Gas 100 aus den in Pumprichtung 98 vorgeschalteten Turbomolekular-Pumpstufen 12 durch die Pumpöffnung 36 in die Holweck-Anordnung sichergestellt werden.
Fig. 8 zeigt eine mögliche Weiterentwicklung der Ausgestaltungsform der in Fig. 7 abgebildeten Holweck-Anordnung einer erfindungsgemäßen Splitflowpumpe 92. Im Folgenden werden insbesondere die zusätzlichen Merkmale dieser Ausgestaltungsform beschrieben, bezüglich aller nicht explizit erwähnten Merkmale und Elemente wird auf obige Beschreibung der Holweck-Anordnung in Fig. 7 verwiesen.
Die in Fig. 8 dargestellte Holweck-Anordnung weist insbesondere einen Holweck-Innenstator 26 auf, der radial innerhalb des radial äußersten Holweck-Stators 20 und konzentrisch zu diesem angeordnet ist. Der abgebildete Holweck-Innenstator 26 trägt auf beiden radialen Seitenflächen pumpaktive Strukturen 60, insbesondere Holweck-Gewinde 62, die zusammen mit Holweck-Hülsen 34 Holweck-Pumpstufen 14 bilden. In alternativen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann auch nur eine der beiden radialen Seitenflächen des Holweck-Innenstators 26 derartige pumpaktive Strukturen 60 tragen.
Die pumpaktiven Strukturen 60 auf der radial äußeren Seitenfläche des Holweck-Innenstators 26 bilden eine zweite Holweck-Pumpstufe 14, 16, die sich in Pumprichtung 98 pumpwirksam ausschließlich an den zweiten Axialbereich 24 der ersten Holweck-Pumpstufe 14 anschließt. Wie abgebildet wirken die pumpaktiven Strukturen 60 sowohl des zweiten Axialbereichs 24 als auch der zweiten Holweck-Pumpstufe 14, 16 mit derselben Holweck-Hülse 34 zusammen. Diese zweite Holweck-Pumpstufe 14, 16 unterstützt die Pumpwirkung des zweiten Axialbereichs 24, die, aufgrund seiner bedingt durch die Anwesenheit des Zwischeneinlasses 40 verkürzten axialen Erstreckung, vermindert sein kann.
Die pumpaktiven Strukturen 60 auf der radial inneren Seitenfläche des Holweck-Innenstators 26 bilden eine weitere Holweck-Pumpstufe 14, 18, die in Pumprichtung 98 pumpwirksam sowohl nach dem Zwischeneinlass 40 als auch nach der einen oder mehreren Pumpöffnungen 36 angeordnet ist. Wie abgebildet ist für diese pumpaktiven Strukturen 60 eine zusätzliche Holweck-Hülse 34 an der Holweck-Nabe 32 vorgesehen. Durch diese weitere Holweck-Pumpstufe 14, 18 kann sichergestellt werden, dass sämtliches zu pumpendes Gas 100 der Holweck-Anordnung gepumpt und letztendlich zum Auslass 96 der Vakuumpumpe 90 gefördert wird.
Wie dargestellt ist hierbei besonders bevorzugt, dass bei einem Vorhandensein von mehreren Holweck-Hülsen 34 die Pumpöffnung 36 zwischen zwei dieser Holweck-Hülsen 34 in der Holweck-Nabe 32 vorgesehen ist, bevorzugt zwischen den beiden radial äußersten Holweck-Hülsen 34.
Weiter kann sich, wie abgebildet, der Holweck-Innenstator 26 ausgehend vom zweiten axialen Ende 54 in Richtung der Holweck-Nabe 32 bis zu seinem freien Ende 28, das in einem Bereich von 25% - 75% der axiale Länge 50 positioniert ist, erstrecken. Hierbei kann das freie Ende 28 im Bereich der axialen Höhe des Zwischeneinlasses 40 angeordnet sein, dies ist jedoch vom tatsächlichen Betriebspunkt der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 90 abhängig. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartig verkürzte axiale Länge des Holweck-Innenstators 26 für eine ausreichende Vermischung der verschiedenen Ströme an Gas 100, kommend zum einen vom Zwischeneinlass 40 und zum anderen von der einen oder mehreren Pumpöffnungen 36, günstig ist. Gleichzeitig ist die axiale Länge des Holweck-Innenstators 26 immer noch ausreichend, um als Teil der zweiten Holweck-Pumpstufe 14, 16 die oben beschriebene Unterstützung der Pumpwirkung des zweiten Axialbereichs 24 hinreichend bewirken zu können. Andere Längenverhältnisse sind - je nach Anwendungsfall und Auslegung de Pumpe - jedoch durchaus denkbar.

Bezugszeichenliste

10: Pumpstufe
12: Turbomolekular-Pumpstufe
14: Holweck-Pumpstufe
16: zweite Holweck-Pumpstufe
18: weitere Holweck-Pumpstufe
20: Holweck-Stator
22: erster Axialbereich
24: zweiter Axialbereich
26: Holweck-Innenstator
28: freies Ende
30: Holweck-Rotor
32: Holweck-Nabe
34: Holweck-Hülse
36: Pumpöffnung
40: Zwischeneinlass
50: axiale Länge
52: erstes axiales Ende
54: zweites axiales Ende
60: pumpaktive Struktur
62: Holweck-Gewinde
64: erste Gewindeparameter
66: zweite Gewindeparameter
70: Holweck-Zusatzpumpstufe
72: Holweck-Zusatzhülse
74: Holweck-Zusatzstator
76: Holweck-Zusatzgewinde
78: Zusatz-Gewindeparameter
90: Vakuumpumpe
92: Splitflowpumpe
94: Einlass
96: Auslass
98: Pumprichtung
100: Gas
102: Rotationsachse
104: Pumpenwelle
111: Turbomolekularpumpe
113: Einlassflansch
115: Pumpeneinlass
117: Pumpenauslass
119: Gehäuse
121: Unterteil
123: Elektronikgehäuse
125: Elektromotor
127: Zubehöranschluss
129: Datenschnittstelle
131: Stromversorgungsanschluss
133: Fluteinlass
135: Sperrgasanschluss
137: Motorraum
139: Kühlmittelanschluss
141: Unterseite
143: Schraube
145: Lagerdeckel
147: Befestigungsbohrung
148: Kühlmittelleitung
149: Rotor
151: Rotationsachse
153: Rotorwelle
155: Rotorscheibe
157: Statorscheibe
159: Abstandsring
161: Rotornabe
163: Holweck-Rotorhülse
165: Holweck-Rotorhülse
167: Holweck-Statorhülse
169: Holweck-Statorhülse
171: Holweck-Spalt
173: Holweck-Spalt
175: Holweck-Spalt
179: Verbindungskanal
181: Wälzlager
183: Permanentmagnetlager
185: Spritzmutter
187: Scheibe
189: Einsatz
191: rotorseitige Lagerhälfte
193: statorseitige Lagerhälfte
195: Ringmagnet
197: Ringmagnet
199: Lagerspalt
201: Trägerabschnitt
203: Trägerabschnitt
205: radiale Strebe
207: Deckelelement
209: Stützring
211: Befestigungsring
213: Tellerfeder
215: Not- bzw. Fanglager
217: Motorstator
219: Zwischenraum
221: Wandung
223: Labyrinthdichtung

Claims

Vakuumpumpe (90), insbesondere Splitflowpumpe (92), mit
- einem Einlass (94),

- einem Auslass (96),

- zwei oder mehr in Pumprichtung (98) zwischen dem Einlass (94) und dem Auslass (96) hintereinander geschaltete Pumpstufen (10), wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen (10) wenigstens eine Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) in Pumprichtung (98) vor der Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) einen Holweck-Stator (20) und einen im Betrieb um eine Rotationsachse (102) rotierenden Holweck-Rotor (30) umfasst,

wobei zumindest ein Zwischeneinlass (40) für zu pumpendes Gas (100) vorgesehen ist, der in einem pumpaktiven Bereich der Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Holweck-Pumpstufe (14) bezogen auf die Rotationsachse (102) eine axiale Länge (50) mit einem der zumindest einen Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) zugewandten ersten axialen Ende (52) und einem dem ersten axialen Ende (52) entgegengesetzten zweiten axialen Ende (54) aufweist, wobei der Zwischeneinlass (40) in axialer Richtung zwischen dem ersten axialen Ende (52) und dem zweiten axialen Ende (54) der Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist, und wobei der Holweck-Stator (20) der Holweck-Pumpstufe (14) einen an den Zwischeneinlass (40) axial anschließenden ersten Axialbereich (22) und einen zum ersten Axialbereich (22) axial entgegengesetzt an den Zwischeneinlass (40) anschließenden zweiten Axialbereich (24) aufweist,

wobei der erste Axialbereich (22) pumpaktive Strukturen (60) aufweist, die zum Pumpen in Richtung des ersten axialen Endes (52) eingerichtet und ausgebildet sind und der zweite Axialbereich (24) pumpaktive Strukturen (60) aufweist, die zum Pumpen in Richtung des zweiten axialen Endes (54) ausgebildet ist eingerichtet und ausgebildet sind.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 1
wobei zumindest zwei Holweck-Pumpstufen (14) vorgesehen sind, die entlang der Pumprichtung (98) nacheinander sowie bezüglich der Rotationsachse (102) radial ineinander angeordnet sind, und wobei der Zwischeneinlass (40) im pumpaktiven Bereich der bezüglich der Rotationsachse (102) radial äußersten Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Holweck-Stator (20) als pumpaktive Strukturen (60) im ersten Axialbereich (22) ein erstes Holweck-Gewinde (62) mit zumindest einem ersten Gewindeparameter (64) und im zweiten Axialbereich (24) ein zweites Holweck-Gewinde (62) mit zumindest einem zweiten Gewindeparameter (66) aufweist, wobei sich der erste Gewindeparameter (64) und der zweite Gewindeparameter (66) unterscheiden.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 3,
wobei das erste Holweck-Gewinde (62) und das zweite Holweck-Gewinde (62) jeweils zumindest eine, insbesondere mehrere Gewindenuten aufweist, die durch am jeweiligen Axialbereich ausgebildete Stege und durch einen durch den jeweiligen Axialbereich gebildeten Nutgrund begrenzt sind, und wobei die ersten Gewindeparameter (64) und die zweiten Gewindeparameter (66) zumindest einen der folgenden Parameter umfassen:
- Absolutwert der Gewindesteigung,

- Anzahl der Stege,

- Breite der Gewindenuten,

- Breite der Stege,

- Höhe der Stege über dem Nutgrund, und

- Konizitätswinkel.
Vakuumpumpe (90), bevorzugt Vakuumpumpe (90) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Splitflowpumpe (92), mit
- einem Einlass (94),

- einem Auslass (96),

- zwei oder mehr in Pumprichtung (98) zwischen dem Einlass (94) und dem Auslass (96) hintereinander geschaltete Pumpstufen (10), wobei die zumindest zwei oder mehr Pumpstufen (10) wenigstens eine Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) und wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) umfassen, wobei die Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) in Pumprichtung (98) vor der Holweck-Pumpstufe (14) angeordnet ist und die wenigstens eine Holweck-Pumpstufe (14) einen Holweck-Stator (20) und einen im Betrieb um eine Rotationsachse (102) rotierenden Holweck-Rotor (30) umfasst,

wobei zumindest ein Zwischeneinlass (40) für zu pumpendes Gas (100) vorgesehen ist, der zwischen zwei der Pumpstufen (10) oder in einem pumpaktiven Bereich einer der Pumpstufen (10) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Holweck-Rotor (30) eine sich im Wesentlichen radial erstreckenden Holweck-Nabe (32) aufweist an der zumindest eine Holweck-Hülse (34) angeordnet ist, wobei die Holweck-Nabe (32) eine oder mehrere axial durchgängige Pumpöffnungen (36) aufweist, um eine in axialer Richtung wirksame Fluidverbindung zwischen einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Abschnitt der Vakuumpumpe (90) zu schaffen.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 5,
wobei die Pumpöffnung (36) in der Holweck-Nabe (32) in radialer Richtung gesehen innerhalb der Holweck-Hülse (34) angeordnet ist, insbesondere wobei die Pumpöffnung (36) in radialer Richtung gesehen zwischen zwei Holweck-Hülsen (34) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (90) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei in Pumprichtung (98) der Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) vor der Holweck-Nabe (32) eine Holweck-Zusatzpumpstufe (70) mit einer Holweck-Zusatzhülse (72) und einem Holweck-Zusatzstator (74) vorgesehen ist, deren Pumprichtung (98) derjenigen der Turbomolekular-Pumpstufe (10, 12) entspricht.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 7,
wobei der Holweck-Zusatzstator (74) einstückig mit dem Holweck-Stator (20) ausgebildet ist.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 7 oder 8,
wobei die Holweck-Zusatzhülse (72) an der Holweck-Nabe (32) an einer axial entgegengesetzten Seite zu der Holweck-Hülse (34) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 7 bis 9,
wobei die Holweck-Zusatzhülse (72) in radialer Richtung gesehen innerhalb der Pumpöffnung (36) an der Holweck-Nabe (32) angeordnet ist, und wobei der Holweck-Zusatzstator (74) in radialer Richtung gesehen außerhalb der Holweck-Zusatzhülse (72) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (90) nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
wobei die Holweck-Zusatzpumpstufe (70) als pumpaktive Struktur (60) ein am Holweck-Zusatzstator (74) ausgebildetes Holweck-Zusatzgewinde (76) mit Zusatz-Gewindeparametern (78) aufweist, wobei das Holweck-Zusatzgewinde (76) zumindest eine, insbesondere mehrere Gewindenuten umfasst, die durch am Holweck-Zusatzstator (74) ausgebildete Stege und durch einen durch den Holweck-Zusatzstator (74) gebildeten Nutgrund begrenzt sind, und wobei die Zusatz-Gewindeparameter (78) zumindest einen der folgenden Parameter umfasst
- Absolutwert der Gewindesteigung,

- Anzahl der Stege,

- Breite der Gewindenuten,

- Breite der Stege,

- Höhe der Stege über dem Nutgrund, und

- Konizitätswinkel.
Vakuumpumpe (90) nach Anspruch 11,
wobei die ersten Gewindeparameter (64) und die Zusatz-Gewindeparameter (78) derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass ein Fluss von durch den ersten Axialbereich (22) geförderten zu pumpenden Gas (100) durch die Holweck-Zusatzpumpstufe (70) entgegen der Pumprichtung (98) verhindert wird.
Vakuumpumpe (90) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei eine zweite Holweck-Pumpstufe (14, 16) vorgesehen ist, wobei sich die zweite Holweck-Pumpstufe (14, 16) in Pumprichtung (98) pumpwirksam ausschließlich an den zweiten Axialbereich (24) der ersten Holweck-Pumpstufe (14) anschließt.
Vakuumpumpe (90) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 13,
wobei eine weitere Holweck-Pumpstufe (14, 18) vorgesehen ist, wobei sich die weitere Holweck-Pumpstufe (14, 18) in Pumprichtung (98) pumpwirksam sowohl nach dem Zwischeneinlass (40) als auch nach der einen oder mehreren Pumpöffnungen (36) angeordnet ist.
Vakuumpumpe (90) nach einem der vorstehenden Ansprüche 13 oder 14, wobei ein mit Bezug auf die Rotationsachse (102) radial innerhalb des Holweck-Stators (20) angeordneter Holweck-Innenstator (26) vorgesehen ist, wobei der Holweck-Innenstator (26) konzentrisch zum Holweck-Stator (20) angeordnet ist und pumpaktive Strukturen (60) für die zweiten Holweck-Pumpstufe (14, 16) und/oder die weitere Holweck-Pumpstufe (14, 18) aufweist.