EP4782698A2

EP4782698A2 - Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: EP4782698A2
Application number: EP26183286.9A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Koch
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2026-06-05
Filing date: 2026-06-05
Publication date: 2026-07-29

Abstract

Eine Turbomolekularpumpe umfasst einen Rotor, einen Elektromotor, der mit dem Rotor gekoppelt ist und den Rotor während des Betriebs der Turbomolekularpumpe antreibt, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet, den Elektromotor während einer Auslaufphase des Rotors in einem regenerativen Modus zu betreiben, in welchem der Elektromotor den Rotor mit einer veränderbaren Bremsleistung abbremst, eine Referenztemperatur an mindestens einer für die Auslaufphase relevanten Position zu erfassen und die veränderbare Bremsleistung in Abhängigkeit von der Referenztemperatur zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen.
Turbomolekularpumpen werden in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt, um ein für einen jeweiligen Prozess notwendiges Vakuum zu schaffen. Turbomolekularpumpen umfassen einen Stator mit mehreren in Richtung einer Rotorachse aufeinanderfolgenden Statorscheiben und einen relativ zu dem Stator um die Rotorachse drehbar gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle und mehrere auf der Rotorwelle angeordnete, in axialer Richtung aufeinanderfolgende und zwischen den Statorscheiben angeordnete Rotorscheiben umfasst, wobei die Statorscheiben und die Rotorscheiben jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen.
Turbomolekularpumpen werden üblicherweise bei Nenndrehzahlen von mehreren 10.000 bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Aufgrund dieser hohen Drehzahl des Rotors kann ein vollständiger Auslauf der Turbomolekularpumpe, beispielsweise beim Abschalten oder bei einer Störung, ausgehend von der Nenndrehzahl bis zu einer Drehzahl nahe Null mehrere Stunden dauern, wenn die Turbomolekularpumpe nicht von außen geflutet wird. Bei einem solchen Auslauf mit oder ohne Fluten können mechanische Komponenten der Turbomolekularpumpe stark beansprucht werden. Dies gilt insbesondere für mechanische Fanglager, die beispielsweise beim Ausfall eines Magnetlagers für den Rotor der Turbomolekularpumpe, bei Stößen und einer nicht ausreichenden Magnetlagerung aktiv werden.
Um die Auslaufphase des Rotors der Turbomolekularpumpe zu verkürzen, können Bremsmechanismen verwendet werden, bei denen ein Elektromotor, welcher den Rotor der Turbomolekularpumpe während deren Betrieb antreibt, regenerativ sozusagen als Generator betrieben wird. Der Motor nimmt dadurch Rotationsenergie des Rotors auf, die anschließend zu einem oder mehreren Bremswiderständen geleitet wird, in denen die von dem Elektromotor generierte elektrische Energie in Wärme umgewandelt und abgeführt wird. Um eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände zu vermeiden, können diese mit einer Wärmesenke wie beispielsweise einem Abschnitt eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe in Verbindung stehen.
Damit die Bremswiderstände während einer Auslaufphase des Rotors der Turbomolekularpumpe jedoch nicht zu stark erwärmt und möglicherweise zerstört werden, wird üblicherweise die maximale Leistung begrenzt, die der Elektromotor der Turbomolekularpumpe während des regenerativen Betriebs erzeugt. Die Auslaufphase beginnt daher bei bekannten Turbomolekularpumpen bei einer bestimmten induzierten Spannung, die durch die Drehzahl des Rotors bestimmt wird, und einem Strom, der durch die Bremswiderstände fließt und zu deren Schutz begrenzt ist. Bei sinkender Drehzahl des Rotors nimmt die induzierte Spannung ab. Die Auslaufphase des Rotors der Turbomolekularpumpe wird daher meist derart geregelt, dass eine vorbestimmte Leistung konstant gehalten wird, bei der sichergestellt ist, dass der eine oder die mehreren Bremswiderstände nicht zu stark erwärmt und beschädigt oder gar zerstört werden. Bei sinkender induzierter Spannung während der Auslaufphase steigt der Strom folglich an, der durch die Bremswiderstände fließt, um die Leistung während des Bremsens des Rotors konstant zu halten.
Die vorgegebene bzw. maximale Leistung, die während der Auslaufphase der Turbomolekularpumpe tatsächlich verwendet wird, ist üblicherweise jedoch um einen relativ großen Sicherheitsfaktor kleiner als eine Leistung, bei der tatsächlich eine übermäßige Erwärmung und Beschädigung der Bremswiderstände auftreten würde. Ferner werden die tatsächlichen Temperaturverhältnisse innerhalb der Turbomolekularpumpe, beispielsweise an einem Kühlkörper oder an einem Unterteil des Gehäuses, nicht bei der Regelung der Bremsleistung während der Auslaufphase berücksichtigt, d.h. beispielsweise nicht zur Regelung des ansteigenden Stroms bei sinkender Spannung, die durch den Rotor während dessen Abbremsen induziert wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Turbomolekularpumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zu schaffen, bei denen eine kurze Auslaufphase des Rotors der Turbomolekularpumpe ohne Beschädigung von Bremswiderständen erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbomolekularpumpe und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe umfasst einen Rotor, einen Elektromotor, der mit dem Rotor gekoppelt ist und den Rotor während des Betriebs der Turbomolekularpumpe antreibt, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet, den Elektromotor während einer Auslaufphase des Rotors in einem regenerativen Modus zu betreiben, in welchem der Elektromotor den Rotor mit einer veränderbaren Bremsleistung abbremst, eine Referenztemperatur an mindestens einer für die Auslaufphase relevanten Position zu erfassen und die veränderbare Bremsleistung in Abhängigkeit von der Referenztemperatur zu regeln.
Die Referenztemperatur kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors gemessen werden, der an der für die Auslaufphase relevanten Position angebracht ist. Während der Auslaufphase tritt an der für die Auslaufphase relevanten Position eine Zunahme der Temperatur auf. Mit anderen Worten ist vor Beginn der Auslaufphase zu erwarten, dass an der relevanten Position eine Erwärmung einer Komponente auftritt, die zu der Turbomolekularpumpe gehört oder mit dieser mechanisch, elektrisch oder elektronisch in Verbindung steht. Die relevante Position zur Messung der Referenztemperatur kann z.B. an einer Oberfläche bzw. an einem Gehäuse der Turbomolekularpumpe, an einer inneren Komponente der Turbomolekularpumpe, in einem Raumbereich der Steuereinheit oder sogar außerhalb eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe und/oder der Steuereinheit liegen.
Während der Auslaufphase des Rotors kann dessen Rotationsenergie, die zuvor durch den regenerativen Betrieb des Elektromotors induktiv in elektrische Energie umgewandelt wird, über Bremswiderstände abgeführt werden. Da diese elektrische Energie z.B. durch die Bremswiderstände in Wärmeenergie umgewandelt wird, können sich die Bremswiderstände, die Steuereinheit und die Turbomolekularpumpe insgesamt während der Auslaufphase relativ stark erwärmen. Um eine Beschädigung der Bremswiderstände und/oder anderer Komponenten der Turbomolekularpumpe aufgrund übermäßiger Erwärmung zu verhindern, ist die Bremsleistung eine veränderbare Größe, die in Abhängigkeit von der erfassten Referenztemperatur geregelt wird, die während der Auslaufphase nicht konstant ist, sondern die momentane Erwärmung an der relevanten Position widerspiegelt.
Die Bremswiderstände, über welche die während der Auslaufphase entstehende Energie abgeführt werden kann, können sich innerhalb der Turbomolekularpumpe oder deren Steuereinheit befinden. Alternativ können die Bremswiderstände an der Turbomolekularpumpe oder an der Steuereinheit angeordnet sein. Darüber hinaus können die Bremswiderstände als separate Komponenten außerhalb eines jeweiligen Gehäuses der Turbomolekularpumpe oder der Steuereinheit angeordnet sein. Bei der zuletzt genannten Anordnung als äußere, separate Komponenten können die Bremswiderstände jedoch dennoch als Komponente der Turbomolekularpumpe angesehen werden, da sie während der Auslaufphase mit weiteren Komponenten der Turbomolekularpumpe elektrisch oder elektronisch in Verbindung stehen und bei einer solchen Ausführungsform für den Betrieb der Turbomolekularpumpe in der Auslaufphase notwendig sind.
Wenn die Referenztemperatur beispielsweise im Raumbereich der Steuereinheit oder direkt an den Bremswiderständen gemessen wird, kann die Referenztemperatur ein Indikator für die stärkste Erwärmung von Komponenten der Turbomolekularpumpe während der Auslaufphase sein. Durch die Erfassung der Referenztemperatur und die Regelung der Bremsleistung in Reaktion auf diese kann folglich eine übermäßige Erwärmung insgesamt im Bereich der Turbomolekularpumpe, der Steuereinheit und/oder der Bremswiderstände verhindert werden.
Selbst wenn die Referenztemperatur an einer Außenseite der Turbomolekularpumpe oder an einem Kühlkörper erfasst wird, der mit einer Komponente der Turbomolekularpumpe verbunden ist, kann die Referenztemperatur ein Indikator für die Erwärmung kritischer Komponenten der Turbomolekularpumpe sein, und die Bremsleistung kann ebenso anhand einer derart erfassten Referenztemperatur geregelt werden. Wenn die Referenztemperatur an einem Kühlkörper gemessen wird, der beispielsweise außerhalb eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe angeordnet ist und mit einer Komponente der Turbomolekularpumpe in Verbindung steht, wird die Referenztemperatur dennoch in einem Raumbereich an der Turbomolekularpumpe erfasst und spiegelt deren Erwärmung wider.
Die Turbomolekularpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Elektromotor während der Auslaufphase nicht mit einer konstanten Bremsleistung geregelt wird, sondern mit einer veränderbaren Bremsleistung, die von der Referenztemperatur abhängt. Dadurch können die tatsächlichen Temperaturverhältnisse an oder innerhalb der Turbomolekularpumpe berücksichtigt werden, um die Bremsleistung während der Auslaufphase des Rotors festzulegen bzw. zu regeln.
Der Rotor kann daher während der Auslaufphase mit einer erhöhten Bremsleistung abgebremst werden, d.h. im Vergleich zu dem Fall, dass eine konstante, relativ geringe Bremsleistung vorgegeben wird. Dadurch kann die Auslaufphase im Vergleich zu einer Regelung mit konstanter Bremsleistung verkürzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner ausgebildet, eine durch den Elektromotor während der Auslaufphase generierte Energiemenge, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist, über einen oder mehrere Bremswiderstände abzuführen, die mit dem Elektromotor gekoppelt und in der Steuereinheit angeordnet sind. Vorzugsweise sind drei Bremswiderstände vorgesehen, wobei jeweils ein Bremswiderstand einer jeweiligen Phase des Elektromotors zugeordnet ist.
Aufgrund der Induktionsspannung, die durch den Elektromotor in dem regenerativen Modus erzeugt wird, fließt in der Auslaufphase des Rotors ein jeweiliger Strom durch den einen oder die mehreren Bremswiderstände. Dieser Strom erwärmt den jeweiligen Bremswiderstand, so dass sich die Steuereinheit, in der die Bremswiderstände angeordnet sind, und die Turbomolekularpumpe insgesamt erwärmen. Da die erfasste Referenztemperatur ein Indikator für die Erwärmung kritischer Komponenten der Turbomolekularpumpe wie etwa der Bremswiderstände ist, kann durch die Regelung der Bremsleistung anhand der Referenztemperatur eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände verhindert werden.
Die Steuereinheit kann ferner ausgebildet sein, die Referenztemperatur in einem Raumbereich des einen oder der mehreren Bremswiderstände zu erfassen. Da die tatsächlich während der Auslaufphase verwendete Bremsleistung veränderbar ist und von der erfassten Referenztemperatur abhängt, kann durch die Erfassung der Referenztemperatur im Raumbereich der Bremswiderstände eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände verhindert werden, ohne die veränderbare Bremsleistung unnötig zu begrenzen.
Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, die Referenztemperatur mittels eines Temperatursensors direkt an mindestens einem Bremswiderstand zu messen. Dadurch kann die veränderbare Bremsleistung direkt mit dem kritischsten Parameter während der Auslaufphase gekoppelt sein, d.h. mit der Temperatur eines jeweiligen Bremswiderstands. Vorzugsweise kann die Temperatur direkt jeweils an allen Bremswiderständen gemessen werden, um dadurch die Referenztemperatur zu ermitteln, beispielsweise als Maximum der gemessenen Temperaturwerte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die veränderbare Bremsleistung zu Beginn der Auslaufphase auf eine maximale Bremsleistung einzustellen. Die maximale Bremsleistung kann beispielsweise anhand von Erfahrungswerten festgelegt werden. Da die veränderbare Bremsleistung von der Referenztemperatur abhängt, kann die tatsächliche Bremsleistung während der Auslaufphase bei Bedarf entsprechend der erfassten Referenztemperatur adaptiv bzw. sukzessive verringert werden.
Die Steuereinheit kann ferner ausgebildet sein, eine momentane Temperatur an einem Kühlkörper der Turbomolekularpumpe zu messen. Die maximale Bremsleistung kann von der momentanen Temperatur des Kühlkörpers abhängen bzw. durch diese festgelegt werden. Die momentane Temperatur kann mit der Referenztemperatur identisch sein, wenn diese an dem Kühlkörper erfasst wird. Ansonsten können momentane Temperatur und Referenztemperatur voneinander verschieden sein.
Der Kühlkörper kann sich an oder in der Turbomolekularpumpe befinden, beispielsweise an einem Gehäuse oder innerhalb eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe, insbesondere in einem Bereich eines Unterteils der Turbomolekularpumpe. Dadurch können die tatsächlichen Temperaturverhältnisse innerhalb der Turbomolekularpumpe zu Beginn der Auslaufphase berücksichtigt werden, um die maximale Bremsleistung geeignet festzulegen und dadurch die Zeitdauer für die Auslaufphase zu minimieren.
Die Steuereinheit kann ferner ausgebildet sein, die veränderbare Bremsleistung adaptiv zu verringern, wenn die Referenztemperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dadurch kann beispielsweise eine übermäßige Erwärmung oder gar Zerstörung von Bremswiderständen innerhalb der Steuereinheit verhindert werden.
Die adaptive Verringerung der veränderbaren Bremsleistung kann beispielsweise bedeuten, dass diese während der Auslaufphase kontinuierlich nachgeregelt wird und z.B. einer vorgegebenen Kennlinie folgt. So kann während der Auslaufphase zunächst die maximale Bremsleistung angewendet werden, bis die Referenztemperatur den vorbestimmten Schwellenwert erreicht. Bei einem weiteren Anstieg der Referenztemperatur kann die Bremsleistung sukzessive verringert werden, um dem Temperaturanstieg entgegenzuwirken und das Überschreiten einer kritischen Temperatur zu verhindern, bei der möglicherweise eine Beschädigung von Komponenten der Turbomolekularpumpe wie etwa der Bremswiderstände auftreten kann.
Der vorbestimmte Schwellenwert kann von Materialeigenschaften eines oder mehrerer Bremswiderstände abhängen, welche mit dem Elektromotor gekoppelt und in der Steuereinheit angeordnet sind und welche zum Abführen einer durch den Elektromotor während der Auslaufphase generierten Energiemenge vorgesehen sind, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist. Die Festlegung des Schwellenwerts berücksichtigt somit die Eigenschaften der Bremswiderstände, um deren übermäßige Erwärmung oder gar Zerstörung zu verhindern.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Turbomolekularpumpe, insbesondere einer solchen Turbomolekularpumpe, wie sie vorstehend beschrieben ist. Die Turbomolekularpumpe umfasst einen Rotor, einen Elektromotor, der mit dem Rotor gekoppelt ist und den Rotor während des Betriebs der Turbomolekularpumpe antreibt, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Gemäß dem Verfahren wird der Elektromotor während einer Auslaufphase des Rotors in einem regenerativen Modus betrieben, in welchem der Elektromotor den Rotor mit einer veränderbaren Bremsleistung abbremst. Eine Referenztemperatur wird an mindestens einer für die Auslaufphase relevanten Position erfasst, und die veränderbare Bremsleistung wird in Abhängigkeit von der Referenztemperatur geregelt.
Das Verfahren ist somit für den Betrieb der vorstehend beschriebenen Turbomolekularpumpe vorgesehen. Daher gelten für das Verfahren die vorstehenden Ausführungen zur Turbomolekularpumpe entsprechend, und dies gilt insbesondere hinsichtlich der Vorteile und der bevorzugten Ausführungsformen. Ferner versteht es sich, dass sämtliche hierin genannten Merkmale miteinander kombinierbar sind, sofern nicht explizit etwas Gegenteiliges angegeben ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine durch den Elektromotor während der Auslaufphase generierte Energiemenge, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist, über einen oder mehrere Bremswiderstände abgeführt, die mit dem Elektromotor gekoppelt und in der Steuereinheit angeordnet sind. Ferner kann die Referenztemperatur in einem Raumbereich des einen oder der mehreren Bremswiderstände erfasst bzw. gemessen werden, insbesondere direkt an mindestens einem Bremswiderstand beispielsweise mittels eines Temperatursensors.
Die veränderbare Bremsleistung kann zu Beginn der Auslaufphase auf eine maximale Bremsleistung eingestellt werden. Ferner kann eine momentane Temperatur an einem Kühlkörper der Turbomolekularpumpe gemessen werden, und die maximale Bremsleistung kann in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Kühlkörpers festgelegt werden.
Die veränderbare Bremsleistung kann adaptiv verringert werden, wenn die Referenztemperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dieser vorbestimmte Schwellenwert kann in Abhängigkeit von Materialeigenschaften eines oder mehrerer Bremswiderstände ermittelt werden, welche mit dem Elektromotor gekoppelt und in der Steuereinheit angeordnet sind und über welche eine durch den Elektromotor während der Auslaufphase generierte Energiemenge abgeführt wird, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
Fig. 2: eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
Fig. 3: einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C und
Fig. 6: eine Darstellung des Betriebs der Turbomolekularpumpe während einer Auslaufphase des Rotors.

Fig. 1

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 schematische Schnittansicht durch eine Turbomolekularpumpe 300, die beispielsweise wie die in Fig. 1 bis 5 dargestellte und vorstehend beschriebene Turbomolekularpumpe 111 ausgestaltet sein kann. Während die Turbomolekularpumpe 111 auf der Hochvakuumseite das Permanentmagnetlager 183 und auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 149 das Wälzlager 181 aufweist (vgl. Fig. 3), gelten die nachfolgenden Ausführungen zur Turbomolekularpumpe 300 auch für andere Typen von Turbomolekularpumpen, und zwar vor allem für solche, bei denen der Rotor 149 beidseitig magnetisch gelagert ist, beispielsweise mit jeweiligen aktiven Magnetlagern. Bei diesen Turbomolekularpumpen wird nämlich das Prinzip der elektrischen Bremse des Rotors 149, bei welcher der Elektromotor 125 regenerativ betrieben wird, hauptsächlich eingesetzt.
Bezogen auf die Turbomolekularpumpe 111 zeigt Fig. 6 Details in dem Bereich des Elektromotors 125 und des Elektronikgehäuses 123. Die schematische Ansicht von Fig. 6 entspricht in etwa einer Schnittansicht für eine Schnittebene in Fig. 3 in horizontaler Richtung auf der Höhe des Elektromotors 125 mit einer Blickrichtung von oben oder von unten.
Innerhalb des Motorstators 217 umfasst der Elektromotor 125 drei Statorspulen 302, 304, 306, die einer jeweiligen Phase des Elektromotors 125 zugeordnet sind. Die drei Statorspulen 302, 304, 306 sind auf an sich bekannte Weise über eine Sternschaltung miteinander verbunden, wie diese durch die gestrichelten Linien 308 angedeutet ist. Wie in Fig. 3 und Fig. 6 zu erkennen ist, umgibt der Motorstator 217 mit den drei Statorspulen 302, 304, 306 die Rotorwelle 153. An der Rotorwelle 153 sind ein oder mehrere Magnete angeordnet, um dadurch einen Rotor des Elektromotors 125 zu bilden. Die Statorspulen 302, 304, 306 wechselwirken mit dem einen Magneten oder den mehreren Magneten an der Rotorwelle 153, um den Rotor 149 während des Betriebs der Turbomolekularpumpe 111 anzutreiben, indem die Statorspulen 302, 304, 306 auf an sich bekannte Weise mit jeweiligen Stromsignalen versorgt werden.
Innerhalb des Elektronikgehäuses 123 ist eine Steuereinheit 310 angeordnet, die einen Teil einer Steuerelektronik der Turbomolekularpumpe 111 darstellt und zur Steuerung bzw. Regelung einer Auslaufphase des Rotors 149 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 310 umfasst drei Bremswiderstände 320, die in der Auslaufphase des Rotors 149 jeweils über eine Leitung 322 mit einer jeweiligen der Statorspulen 302, 304, 306 verbunden sind. Zwischen den Statorspulen 302, 304, 306 und dem jeweiligen Bremswiderstand 320 befinden sich jeweils weitere elektrische und elektronische Komponenten 324, die unter anderem dafür vorgesehen sind, einen Strom durch den jeweiligen Bremswiderstand 320 zu erfassen und zu begrenzen, wie nachstehend näher erläutert wird.
Die Bremswiderstände 320 stehen ferner jeweils mit weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 328 innerhalb der Steuereinheit 310 in Verbindung, wie dies durch die gepunkteten Linien 326 dargestellt ist. Die weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 328 umfassen beispielsweise Transistoren, Kondensatoren, weitere Widerstände usw.
In der Auslaufphase des Rotors 149, in der die Statorspulen 302, 304, 306 die Rotorwelle 153 nicht antreiben, befindet sich der Elektromotor 125 in einem regenerativen Modus, in welchem der Rotor 149 durch die Magnete, die an der Rotorwelle 153 angebracht sind, eine jeweilige Spannung in den Statorspulen 302, 304, 306 induziert. Aufgrund dieser Induktionsspannungen fließt jeweils ein Strom durch die Statorspulen 302, 304, 306, über die Leitungen 322 durch die elektrischen und elektronischen Komponenten 324 sowie durch die jeweiligen Bremswiderstände 320 und über die Verbindungen 326 durch die weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 328. Durch die Induktion wird Rotationsenergie der Rotors 149 in elektrische Energie umgewandelt, die mittels des Stroms durch die Bremswiderstände 320 abgeführt wird.
Dieser Strom erwärmt den jeweiligen Bremswiderstand 320. Mittels der weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 324, 328 wird jedoch der Strom begrenzt, der durch die jeweiligen Bremswiderstände 320 fließen kann. Durch diese Begrenzung wird eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände 320 oder gar deren Zerstörung verhindert.
Bei bekannten Turbomolekularpumpen ist der Strom, der durch die Bremswiderstände 320 fließt, jedoch entsprechend der in den Statorspulen 302, 304, 306 induzierten Spannung relativ stark begrenzt, um die Bremswiderstände 320 gegen eine übermäßige Erwärmung oder Zerstörung abzusichern. Da in der Auslaufphase des Rotors 149 die in den Statorspulen 302, 304, 306 induzierte Spannung mit abnehmender Drehzahl des Rotors 149 ebenfalls abnimmt, wird der durch die Bremswiderstände 320 fließende Strom mittels der weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 324, 328 während der Auslaufphase des Rotors 149 erhöht, um die Bremsleistung konstant zu halten, d.h. das Produkt aus der induzierten Spannung und dem durch die Bremswiderstände 320 fließenden Gesamtstrom.
Bei bekannten Turbomolekularpumpen wird somit durch die Begrenzung des Stroms durch die Bremswiderstände 320 zu Beginn der Auslaufphase des Rotors 149 und die damit verbundene Bremsleistung die gesamte Zeitdauer der Auslaufphase entsprechend den Sicherheitsvorgaben festgelegt. Es könnte jedoch in vielen Fällen zu Beginn der Auslaufphase eine erheblich größere Bremsleistung verwendet werden, als dies in der Praxis tatsächlich der Fall ist. Durch die starke Begrenzung der Bremsleistung und die Regelung mit konstanter Bremsleistung während der Auslaufphase wird deren Zeitdauer bei bekannten Turbomolekularpumpen somit unnötig verlängert.
Um die Zeitdauer für die Auslaufphase des Rotors 149 zu verkürzen, umfasst die in Fig. 6 dargestellte Turbomolekularpumpe 111 bzw. 300 daher zusätzlich einen jeweiligen Temperatursensor 330, der mit einem jeweiligen Bremswiderstand 320 in Kontakt steht und dessen Temperatur erfasst. Jeweilige Messwerte der Temperatur der Bremswiderstände 320 werden über Leitungen 332 an ein Regelungsmodul 340 innerhalb der Steuereinheit 310 übertragen. Die mittels der Temperatursensoren 330 jeweils erfassten Werte der Temperatur der jeweiligen Bremswiderstände 320 werden durch das Regelungsmodul 340 verwendet, um eine veränderbare Bremsleistung, d.h. einen veränderbaren Strom durch die jeweiligen Bremswiderstände 320, anhand einer Referenztemperatur zu regeln, die als Maximalwert der mittels der Temperatursensoren 330 erfassten Temperaturwerte gegeben ist.
Zu Beginn der Auslaufphase des Rotors 149 wird der jeweilige Strom durch die Bremswiderstände 320 mittels des Regelungsmoduls 340 jeweils auf einen maximalen Wert eingestellt, um zu Beginn der Auslaufphase des Rotors 149 eine maximale Bremsleistung zu erreichen. Der maximale Strom durch die Bremswiderstände 320 beruht auf Erfahrungswerten und ist derart gewählt, dass eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände 320 zu Beginn der Auslaufphase des Rotors 149 ausgeschlossen ist. Der maximale Wert des Stroms zu Beginn der Auslaufphase entspricht bei einer bestimmten Induktionsspannung, die durch die Statorspulen 302, 304, 306 und die Drehzahl des Rotor 149 festgelegt ist, einer maximalen Bremsleistung.
Während des weiteren Verlaufs der Auslaufphase des Rotors 149 erfasst das Regelungsmodul 340 die Temperatur der jeweiligen Bremswiderstände 320 mittels der Temperatursensoren 330. Gleichzeitig erfasst das Regelungsmodul 340 den tatsächlich durch die jeweiligen Bremswiderstände 320 fließenden Stromüber eine jeweilige Verbindung 342 zwischen dem Regelungsmodul 340 und den weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 324. Sobald einer der jeweiligen Temperaturwerte der Temperatursensoren 330 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, der wiederum auf Erfahrungswerten beruht, begrenzt das Regelungsmodul 340 den jeweiligen Strom durch die Bremswiderstände 320. Die Einstellung bzw. Verringerung dieses Stroms erfolgt wiederum über die Verbindung 342 zwischen dem Regelungsmodul 340 und den weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 324. Daher ist die jeweilige Verbindung 342 als punktierter Doppelpfeil dargestellt.
Insgesamt ergibt sich somit ein Regelkreis für den Strom durch die Bremswiderstände 320. Zunächst werden Istwerte des Stroms über die jeweilige Verbindung 342 erfasst, wie dies durch den jeweiligen Pfeil in Richtung des Steuermoduls 340 an der Verbindung 342 dargestellt ist. Die mittels der Temperatursensoren 330 erfasste Temperatur der Bremswiderstände 320 dient anschließend als Stellgröße, um einen entsprechenden Sollwert für den Strom durch die jeweiligen Bremswiderstände 320 vorzugeben, wie dies durch den Pfeil in Richtung an der Verbindung 342 in Richtung der jeweiligen weiteren elektrischen und elektronischen Komponenten 324 angedeutet ist. Der Sollwert für den Strom durch die Bremswiderstände 320 wird somit zur Einstellung bzw. Begrenzung des Stroms durch die Bremswiderstände 320 mittels der weiteren elektrischen oder elektronischen Komponenten 324 verwendet, die derart geeignet angesteuert werden, dass der Strom durch die Bremswiderstände 320 den Sollwert erreicht und nicht überschreitet.
Insgesamt wird die Auslaufphase des Rotors 149 der Turbomolekularpumpe 300, 111 im regenerativen Modus des Elektromotors 125 ausgehend von einer maximalen Bremsleistung anhand der gemessenen Temperatur geregelt, die mittels der Temperatursensoren 330 erfasst wird. Die maximale Bremsleistung wird im Verlauf der Auslaufphase des Rotors 149 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur der Bremswiderstände 320 bei Bedarf angepasst, um dadurch eine übermäßige Erwärmung der Bremswiderstände 320 zu verhindern. Da die Auslaufphase des Rotors 149 jedoch stets mit der maximalen Bremsleistung beginnt, wird die Zeitdauer der Auslaufphase des Rotors 149 im Vergleich zu Turbomolekularpumpen verkürzt, bei denen während der Auslaufphase des Rotors 149 stets eine konstante Bremsleistung vorgesehen ist.

Bezugszeichenliste

111: Turbomolekularpumpe
113: Einlassflansch
115: Pumpeneinlass
117: Pumpenauslass
119: Gehäuse
121: Unterteil
123: Elektronikgehäuse
125: Elektromotor
127: Zubehöranschluss
129: Datenschnittstelle
131: Stromversorgungsanschluss
133: Fluteinlass
135: Sperrgasanschluss
137: Motorraum
139: Kühlmittelanschluss
141: Unterseite
143: Schraube
145: Lagerdeckel
147: Befestigungsbohrung
148: Kühlmittelleitung
149: Rotor
151: Rotationsachse
153: Rotorwelle
155: Rotorscheibe
157: Statorscheibe
159: Abstandsring
161: Rotornabe
163: Holweck-Rotorhülse
165: Holweck-Rotorhülse
167: Holweck-Statorhülse
169: Holweck-Statorhülse
171: Holweck-Spalt
173: Holweck-Spalt
175: Holweck-Spalt
179: Verbindungskanal
181: Wälzlager
183: Permanentmagnetlager
185: Spritzmutter
187: Scheibe
189: Einsatz
191: rotorseitige Lagerhälfte
193: statorseitige Lagerhälfte
195: Ringmagnet
197: Ringmagnet
199: Lagerspalt
201: Trägerabschnitt
203: Trägerabschnitt
205: radiale Strebe
207: Deckelelement
209: Stützring
211: Befestigungsring
213: Tellerfeder
215: Not- bzw. Fanglager
217: Motorstator
219: Zwischenraum
221: Wandung
223: Labyrinthdichtung
300: Turbomolekularpumpe
302, 304, 306: Statorspule
308: Sternschaltung
310: Steuereinheit
320: Bremswiderstand
322: Leitung zwischen Statorspule und Bremswiderstand
324: weitere elektrische oder elektronische Komponente zwischen Statorspule und Bremswiderstand
326: Verbindung zwischen Bremswiderstand und weiterer elektrischer oder elektronischer Komponente
328: weitere elektrische oder elektronische Komponente
330: Temperatursensor
332: Leitung zwischen Temperatursensor und Regelungsmodul
340: Regelungsmodul
342: Verbindung zwischen Regelungsmodul und weiterer elektrischer oder elektronischer Komponente

Claims

Turbomolekularpumpe (111, 300), umfassend:
einen Rotor (149),

einen Elektromotor (125), der mit dem Rotor (149) gekoppelt ist und den Rotor (149) während des Betriebs der Turbomolekularpumpe (111, 300) antreibt, und

eine Steuereinheit (310), die mit dem Elektromotor (125) gekoppelt ist,

wobei die Steuereinheit (310) ausgebildet ist:
den Elektromotor (125) während einer Auslaufphase des Rotors (149) in einem regenerativen Modus zu betreiben, in welchem der Elektromotor (125) den Rotor (149) mit einer veränderbaren Bremsleistung abbremst,

eine Referenztemperatur an mindestens einer für die Auslaufphase relevanten Position zu erfassen und

die veränderbare Bremsleistung in Abhängigkeit von der Referenztemperatur zu regeln.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (310) ferner ausgebildet ist, eine durch den Elektromotor (125) während der Auslaufphase generierte Energiemenge, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist, über einen oder mehrere Bremswiderstände (320) abzuführen, die mit dem Elektromotor (125) gekoppelt und in der Steuereinheit (310) angeordnet sind.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (310) ausgebildet ist, die Referenztemperatur in einem Raumbereich des einen oder der mehreren Bremswiderstände (320) zu erfassen.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinheit (310) ausgebildet ist, die Referenztemperatur mittels eines Temperatursensors (330) direkt an mindestens einem Bremswiderstand (320) zu messen.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
die Steuereinheit (310) ausgebildet ist, die veränderbare Bremsleistung zu Beginn der Auslaufphase auf eine maximale Bremsleistung einzustellen.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach Anspruch 5, wobei
die Steuereinheit (310) ausgebildet ist, eine momentane Temperatur an einem Kühlkörper der Turbomolekularpumpe (111, 300) zu messen, und

die maximale Bremsleistung von der momentanen Temperatur des Kühlkörpers abhängt.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
die Steuereinheit (310) ausgebildet ist, die veränderbare Bremsleistung adaptiv zu verringern, wenn die Referenztemperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Turbomolekularpumpe (111, 300) nach Anspruch 7, wobei der vorbestimmte Schwellenwert von Materialeigenschaften eines oder mehrerer Bremswiderstände (320) abhängt, welche mit dem Elektromotor (125) gekoppelt und in der Steuereinheit (310) angeordnet sind und welche zum Abführen einer durch den Elektromotor (125) während der Auslaufphase generierten Energiemenge, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist, vorgesehen sind.
Verfahren zum Betreiben einer Turbomolekularpumpe (111, 300), die einen Rotor (149), einen Elektromotor (125), der mit dem Rotor (149) gekoppelt ist und den Rotor (149) während des Betriebs der Turbomolekularpumpe (111, 300) antreibt, und eine Steuereinheit (310) umfasst, die mit dem Elektromotor (125) gekoppelt ist,
wobei das Verfahren umfasst, dass:
der Elektromotor (125) während einer Auslaufphase des Rotors (149) in einem regenerativen Modus betreiben wird, in welchem der Elektromotor (125) den Rotor (149) mit einer veränderbaren Bremsleistung abbremst,

eine Referenztemperatur an mindestens einer für die Auslaufphase relevanten Position erfasst wird und

die veränderbare Bremsleistung in Abhängigkeit von der Referenztemperatur geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei
das Verfahren ferner umfasst, dass eine durch den Elektromotor (125) während der Auslaufphase generierte Energiemenge, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist, über einen oder mehrere Bremswiderstände (320) abgeführt wird, die mit dem Elektromotor (125) gekoppelt und in der Steuereinheit (310) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei
die Referenztemperatur in einem Raumbereich des einen oder der mehreren Bremswiderstände (320) gemessen wird, insbesondere direkt an mindestens einem Bremswiderstand (320).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die veränderbare Bremsleistung zu Beginn der Auslaufphase auf eine maximale Bremsleistung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei
eine momentane Temperatur an einem Kühlkörper der Turbomolekularpumpe (111) gemessen wird, und

die maximale Bremsleistung in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Kühlkörpers festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die veränderbare Bremsleistung adaptiv verringert wird, wenn die Referenztemperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei
der vorbestimmte Schwellenwert in Abhängigkeit von Materialeigenschaften eines oder mehrerer Bremswiderstände (320) ermittelt wird, welche mit dem Elektromotor (125) gekoppelt und in der Steuereinheit (310) angeordnet sind und über welche eine durch den Elektromotor (125) während der Auslaufphase generierte Energiemenge abgeführt wird, die durch die veränderbare Bremsleistung festgelegt ist.