WO2008151979A1

WO2008151979A1 - Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: WO2008151979A1
Application number: PCT/EP2008/056991
Authority: WO
Inventors: Robert Schneiders; Markus Henry; Gerhard Wilhelm Walter
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20100187415A1; CN101680458A; EP2153070A1; JP2010529359A; DE102007027354A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpe (12) mit einer kreisförmigen Ansaugöffnung (16) distal einer Eingangsrotorstufe (18). Die Ansaugöffnung (16) weist mindestens zwei voneinander getrennte Öffnungsausschnitte (41,42,43) auf.

Description

Turbomolekularpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpe mit einer Ansaugöffnung distal einer Eingangsrotorstufe.

In der Vakuumtechnik sind eine Reihe von Anwendungen bekannt, bei denen zwei oder mehr Vakuumkammem mit verschiedenen Druckniveaus und/oder verschiedenen Pumpleistungen versorgt werden müssen. Bei Vakuumanordnungen nach dem Stand der Technik wird dies dadurch realisiert, dass jede einzelne Vakuumkammer mit einer separaten Turbomolekuiarpumpe versorgt wird. Alternativ sind sogenannte Multi-Inlet-Turbomolekularpumpen bekannt, die außer der Ansaugöffnung distal der Eingangsrotorstufe Zwischeneinlässe aufweisen, die zwischen einlassferneren Rotorstufen angeordnet sind.

Diese bekannten Lösungen sind technisch relativ aufwändig, erfordern eine große Baugröße und zeichnen sich durch Saugvermögensverluste wegen relativ schlechter Leitwerte aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Turbomolekularpumpe zu schaffen, die mehrere Druckniveaus zur Verfügung stellen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe weist in der Ebene der in der Regel kreisförmigen Ansaugöffnung mindestens zwei voneinander getrennte Öffnungsausschnitte auf. Die relativ großflächige Ansaugöffnung, die in der Regel eine kreisringförmige Form hat und unmittelbar an die Eingangsrotorstufe angrenzt, ist in zwei oder mehr Öffnungsausschnitte aufgeteilt. Durch Variation der Größe der Öffnungsausschnitte und der radialen Position der Öffnungsausschnitte kann das gewünschte Druckniveau und Pumpvermögen entsprechend der jeweils daran angeschlossenen Vakuumkammer eingestellt werden. Die Aufteilung der Ansaugöffnung in zwei oder mehr Öffnungsausschnitte ist technisch mit relativ wenig Aufwand verbunden. Da alle Öffnungsausschnitte in der Ebene der Ansaugöffnung liegen, sind trotz der gegenüber der Ansaugöffnungs-Fläche verkleinerten Öffnungsausschnitts-Flächen gute Leitwerte und damit geringe Saugvermögensverluste realisierbar. Die Aufteilung der Ansaugöffnung in mehrere Öffnungsausschnitte stellt ferner eine kompakte Lösung dar. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Öffnungsausschnitte durch Leitungswände voneinander getrennt. Die Leitungswände bilden Leitungen, an die jeweils eine separate Vakuumkammer angeschlossen werden kann. Die Leitungswände umschließen den jeweiligen Öffnungsausschnitt vollständig.

Vorzugsweise sind die Öffnungsausschnitte ungleich zueinander. Hierdurch lassen sich mit den Öffnungsausschnitten verschiedene Druckniveaus und Saugvermögen realisieren. Dies ist beispielsweise bei Massenspektrometern erforderlich, die zwei verschiedene Vakuumdrücke benötigen.

Die Öffnungsausschnitte können kreisflächenförmig, kreisringförmig, konzentrisch, nicht konzentrisch und/oder sektorförmig ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist die Turbomolekularpumpe als gehäuselose Kartusche ausgebildet, die in ein Gehäuse eines die Vakuumkammern aufweisenden Gerätes eingesteckt ist. Das Gerät kann beispielsweise ein Massenspektrometer sein. Da die Turbomolekularpumpe als gehäuselose Kartusche ausgebildet ist, deren Gehäuse von dem Geräte-Gehäuse bzw. den inneren Strukturen des Geräte-Gehäuses gebildet wird, wird ein separates Turbomolekularpumpen- Gehäuse eingespart. Hierdurch wird nicht nur Bauraum und Gewicht eingespart, sondern werden grundsätzlich auch die Strömungswiderstände an den Einlassen und dem Auslass der Turbomolekularpumpe verringert.

Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Hg. 1 eine schematische Darstellung einer Vakuumanordnung mit drei

Vakuumkammern und einer Turbomolekularpumpe, Fig. 2 einen Querschnitt II-II im Bereich der Ansaugöffnung der

Turbomolekularpumpe der Hg. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt der Ansaugöffnung einer zweiten

Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe,

Fig. 4 einen Querschnitt der Ansaugöffnung einer dritten Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe,

Fig. 5 einen Querschnitt der Ansaugöffnung einer vierten Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung einer

Vakuumanordnung mit einem Massenspektrometer-Gerät und einer integrierten gehäuselosen Turbomolekularpumpen-Kartusche.

In der Fig. 1 ist eine Vakuumanordnung 10 dargestellt, die eine Turbomolekularpumpe 12, drei Vakuumkammern 21,22,23 und diese mit der Turbomolekularpumpe 12 verbindende Vakuumleitungen 31,32,33 aufweist.

Die Turbomolekularpumpe 12 ist eine mehrstufige Turbopumpe, die auf einer Rotorwelle 14 mehrere Rotorstufen aufweist, von denen die einer kreisförmigen Ansaugöffnung 16 nächste Rotorstufe eine Eingangsrotorstufe 18 ist. Die Ansaugöffnung 16 ist distal der Eingangsrotorstufe 18 angeordnet und grenzt unmittelbar an diese an, d.h. wird von dem Pumpengehäuse gebildet.

Die kreisflächenförmige Ansaugöffnung 16 ist in drei Öffnungsausschnitte 41,42,43 aufgeteilt, die von Leitungswänden 24,25,26 gebildet und voneinander separiert sind, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Rotorblätter der Eingangsrotorstufe 18 wurden in den Fign. 2-5 der Einfachheit halber weggelassen. Ω

Die von den Leitungswänden 24,25,26 gebildeten Leitungen 31,32,33 sind im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Zwei der drei Leitungen 32,33 sind nicht konzentrisch angeordnet und weisen einen Innendurchmesser auf, der maximal gleich bzw. kleiner als der halbe Innendurchmesser der gesamten Ansaugöffnung 16 ist. Der erste Öffnungsausschnitt 41 wird von der gesamten Ansaugöffnungs- Fläche abzüglich der beiden anderen Öffnungsausschnitt-Flächen gebildet.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe 12 mit einer Ansaugöffnung dargestellt, die zwei Öffnungsausschnitte 51,52 aufweist, die durch zwei konzentrische im Querschnitt kreisförmige Leitungswände 53,54 gebildet werden.

In der Fig. 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe 12 dargestellt, bei der zwei segmentförmige Öffnungsausschnitte 61,62 gemeinsam die Öffnung einer ersten Vakuumleitung bilden, während der verbleibende Bereich einen Öffnungsausschnitt 63 einer zweiten Vakuumleitung 64 bildet.

In der Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ausgestaltung der Ansaugöffnung bzw. der Öffnungsausschnitte einer Turbomolekularpumpe dargestellt. Hier sind die Öffnungsausschnitte 71,72,73 als gleich große Kreissektoren ausgebildet.

In der Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform einer Vakuumanordnung 80 dargestellt. Diese Vakuumanordnung 80 weist ein als Massenspektrometer ausgebildetes Gerät 92 auf, in dessen Gehäuse 86 eine eine Turbomolekularpumpe 12' bildende Kartusche 13 eingesteckt ist. An einem Vorvakuum-Anschluss 88 der Turbomolekularpumpe 12' bzw. der Kartusche 13 ist eine Vorvakuumpumpe 90 angeschlossen. Das Geräte-Gehäuse 86 weist insgesamt vier Vakuumkammern 20,21,22,23 auf. Die druckhöchste Vorvakuum-Vakuumkammer 20 mit einem Druck von ca. 2 mbar ist mit ihrem Vorvakuum-Auslass 94 an eine zweite separate Vorvakuumpumpe 91 angeschlossen.

Das Gerät 92 ist beispielsweise ein Quadrulpol-Massenspektrometer, kann jedoch auch ein anderer Massenspektrometer-Typ sein. Das vorliegende Gerät 92 weist drei Hochvakuum-Vakuumkammern 21,22,23 auf, die jeweils einzeln an einen Zwischeneinlass 83 der Turbomolekularpumpe bzw. an jeweils einen Öffnungsausschnϊtt 81,82 der Turbomolekularpumpen-Einlassöffnung 16 angeschlossen sind und Druckniveaus von 10^"2 bis 10^"7 mbar aufweisen. Der Weg des Ionenstroms durch die Vakuumkammern 20,21,22,23 verläuft vorliegend von links nach rechts durch einen Ionenstrom-Gehäuse-Einlass 94 und die Vakuumkammern 20,21,22,23 und ist durch die gestrichelten Pfeile angedeutet.

Die Turbomolekularpumpe 12' ist als Kartusche 13 ausgebildet, d.h. sie weist kein eigenes Gehäuse auf. Die Turbomolekularpumpen-Kartusche 13 wird gehäuselos in das Gehäuse 86 des Gerätes 92 eingesetzt. Der Pumpenstator 19 wird also direkt von dem Geräte-Gehäuse 86 bzw. inneren Strukturen des Geräte-Gehäuses 86 gehalten. Hierdurch wird einerseits eine materialsparende Konstruktion realisiert. Ferner verringern sich die Strömungswiderstände der verschiedenen Einlasse der Turbomolekularpumpe 12', d.h. des Zwischeneinlasses 83 und der Einlasse bildenden Öffnungsausschnitte 81,82.

Claims

Patentansprüche

1. Turbomolekularpumpe (12) mit einer Ansaugöffnung (16) distal einer Eingangsrotorstufe (18),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Ansaugöffnung (16) mindestens zwei voneinander getrennte Öffnungsausschnitte (41,42,43) aufweist.

2. Turbomolekularpumpe (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsausschnitte (41,42,43) durch Leitungswände (24,25,26) voneinander getrennt sind.

3. Turbomolekularpumpe (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsausschnitte (41,42,43) ungleich zueinander geformt sind.

4. Turbomolekularpumpe (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Öffnungsausschnitt (51) kreisringförmig geformt ist.

5. Turbomolekularpumpe (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Öffnungsausschnitte (51,52) kreisförmig und konzentrisch ist.

6. Turbomolekularpumpe (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Öffnungsausschnitt (71,72,73) sektorförmig geformt ist.

7. Vakuumanordnung (10) mit mindestens zwei Vakuumkammern (21,22,23) und einer Turbomolekularpumpe (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei je ein Öffnungsausschnitt (41,42,43) durch jeweils eine separate Vakuumleitung (31,32,33) mit je einer der Vakuumkammern (21,22,23) verbunden ist.

8. Vakuumanordnung (80) nach Anspruch 7, wobei die Turbomolekularpumpe (12') als gehäuselose Kartusche (13) ausgebildet ist, die in ein Gehäuse (86) eines die Vakuumkammern (20,21,22,23) aufweisenden Gerätes (80) eingesteckt ist.

9. Vakuumanordnung (80) nach Anspruch 8, wobei das Gerät (92) ein Massenspektrometer ist.