WO2014173961A1

WO2014173961A1 - Abdichtung der schnittstelle zwischen einer multi-inlet- vakuumpumpe und dem gehäuse, in das die pumpe eingeschoben wird

Info

Publication number: WO2014173961A1
Application number: PCT/EP2014/058255
Authority: WO
Inventors: Christian Beyer; Robert Schneiders; Axel Veit
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2014-10-30
Also published as: DE202013003855U1

Abstract

Eine Untersuchungseinrichtung wie beispielsweise ein Massenspektrometer weist mehrere, insbesondere in Reihe angeordnete Vakuumkammern (12, 14, 6, 18, 20, 22) auf. In einem Einrichtungsgehäuse (10) ist eine Einschubausnehmung (28) vorgesehen, in die eine Multi-Inlet-Vakuumpumpe (30) einschiebbar ist. Zur Verbesserung der Dichtigkeit im Bereich von Zwischeneinlässen (56, 58, 60, 62) sind Dichtflächenpaare (70, 72) vorgesehen, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Pumpenlängsachse (74) verlaufen.

Description

ABDICHTUNG DER SCHNITTSTELLE ZWISCHEN EINER MULTI-INLET- VAKUUMPUMPE UND DEM GEHÄUSE, IN DAS DIE PUMPE EINGESCHOBEN WIRD

Die Erfindung betrifft eine Untersuchungseinrichtung für ein Massenspektrometer sowie eine Multi-Inlet-Vakuumpumpe, die insbesondere zum Einsatz bei derartigen Untersuchungseinrichtungen geeignet ist.

Untersuchungseinrichtungen wie Massenspektrometer weisen mehrere, insbesondere in Reihe hintereinander angeordnete Vakuumkammern auf. In einzelnen Kammern herrscht unterschiedlicher Druck. Zur Erzeugung unterschiedlicher Drücke in beispielsweise drei Kammern eines Massenspektrometers ist es bekannt, die einzelnen Kammern über Verbindungskanäle mit unterschiedlichen Einlassen einer Multi-Inlet- Vakuumpumpe zu verbinden. Hierbei ist diejenige Vakuumkammer, in der der niedrigste Druck herrscht mit dem Haupteinlass der Multi-Inlet-Vakuumpumpe verbunden. Kammern mit geringerem Vakuum sind sodann mit den entsprechenden Zwischeneinlässen der Multi-Inlet-Vakuumpumpe verbunden.

Um eine Mi-Vakuumpumpe (Multi-Inlet-Vakuumpumpe) auf einfache Weise zu montieren und auch austauschen zu können, ist es aus EP 1 090 231 bekannt, die Vakuumpumpe in einer Kartusche anzuordnen. Zum Austausch der Vakuumpumpe kann somit die gesamte Kartusche auf einfache Weise aus einer Einschubausnehmung der Untersuchungseinrichtung herausgezogen bzw. einsteckt werden. Generell besteht bei der Verwendung von MI- Vakuumpumpen bei Untersuchungseinrichtungen wie Massenspektrometern die Problematik, dass der Haupteinlass sowie die Zwischeneinlässe der MI- Vakuumpumpe mit Verbindungskanälen der Untersuchungseinrichtung verbunden werden müssen, wobei unterschiedliche Drücke in den Verbindungskanälen und den mit den Verbindungskanälen verbundenen Vakuumkammern erzeugt werden, so dass eine möglichst gute Abdichtung zwischen den Verbindungskanälen und den Einlässen der Mi-Vakuumpumpe erfolgen muss und die Untersuchungseinrichtung möglichst pumpennahe genordnet werden kann, d .h. die Verbindungskanäle so kurz als möglich sind .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Untersuchungseinrichtung mit einer MI- Vakuumpumpe sowie eine Mi-Vakuumpumpe zu schaffen, bei der insbesondere an den Zwischeneinlässen eine gute Abdichtung erfolgt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Untersuchungseinrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Mi-Vakuumpumpe gemäß Anspruch 21.

Die Untersuchungseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um ein Massenspektrometer handelt, weist mehrere in einem Gehäuse der Einrichtung angeordnete Vakuumkammern auf. Diese sind insbesondere in Reihe gegebenenfalls bogenförmig angeordnet. Ferner kann zumindest ein Teil der Vakuumkammern derart ausgebildet sein, dass sie ringförmig ausgebildet sind, insbesondere die Vakuumpumpe ringförmig umgeben. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Abdichten zwischen benachbarten bzw. zur Atmosphäre abgedichteten Vakuumkammern insofern einfacher möglich ist, da die Druckunterschiede geringer sind. Insbesondere ist insofern bevorzugt eine ein hohes Vakuum aufweisende Kammer zumindest teilweise von einer ein niedrigeres Vakuum aufweisenden Kammer zu umgeben. Dies ist insbesondere im Bereich der Dichtungen der Fall, sodass in diesem Bereich ein geringerer Druckunterschied herrscht und somit ein besseres Abdichten möglich ist.

Bei einem Massenspektrometer wird das zu untersuchende Medium wie das zu untersuchende Gas einer ersten Vakuumkammer zugeführt und gelangt durch Blendenöffnungen in jede weitere Vakuumkammer. Die einzelnen Vakuumkammern weisen hierbei, ausgehend von der ersten Vakuumkammer ein zunehmendes Vakuum auf. Um in den einzelnen Vakuumkammern unterschiedliche Drücke erzeugen zu können, ist eine Mi-Vakuumpumpe vorgesehen, die in einer Einschubausnehmung des Einrichtungsgehäuses angeordnet ist. Die Mi-Vakuumpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem eine, mehrere Rotorelemente tragende Rotorwelle angeordnet ist. Die Rotorelemente, bei denen es sich insbesondere um Gruppen an Rotorscheiben handelt, wirken mit in dem Pumpengehäuse stationär angeordneten Statorelementen zusammen. Bei den Statorelementen handelt es sich insbesondere ebenfalls um gruppenweise angeordnete Statorscheiben. Hierbei bildet eine Gruppe an Rotorscheiben und Statorscheiben eine Pumpstufe aus. Die Mi-Vakuumpumpe weist somit in Strömungsrichtung mehrere hintereinander angeordnete Pumpstufen auf, wobei insbesondere zwischen den Pumpstufen Zwischeneinlässe angeordnet sind, die sodann mit den unterschiedlichen Vakuumkammern der Untersuchungseinrichtung verbunden sind. Ferner ist in dem Pumpengehäuse eine Antriebseinrichtung angeordnet, wobei es sich üblicherweise um einen Elektromotor handelt.

Zusätzlich zu den mehreren Zwischeneinlässen weist das Pumpengehäuse einen Haupteinlass auf, wobei der Haupteinlass mit derjenigen Vakuumkammer verbunden ist, in der üblicherweise der niedrigste Druck erzeugt werden soll. Der Haupteinlass sowie die mehreren Zwischeneinlässe sind jeweils über Verbindungsöffnungen in der Einschubausnehmung des Einrichtungsgehäuses mit jeweils einer Vakuumkammer verbunden. An den Zwischeneinlässen sowie an den Verbindungsöffnungen sind zumindest teilweise Dichtflächen vorgesehen. Eine Dichtfläche an einem Zwischeneinlass bildet zusammen mit einer an der Einschubausnehmung korrespondierenden Dichtfläche jeweils ein Dichtflächenpaar. Erfindungsgemäß ist zumindest eines der Dichtflächenpaare im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnet. Die Pumpenlängsachse entspricht der Einschubrichtung bzw. der Längsachse der Einschubausnehmung des Einrichtungsgehäuses. Durch Anordnen zumindest eines der Dichtflächenpaare eines Zwischeneinlasses im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse kann zwischen den beiden Dichtflächen eine Dichtung angeordnet werden, die beim Einschieben der MI- Vakuumpumpe zum Abdichten zusammengedrückt wird. Auf diese Dichtungen wirken im Wesentlichen nur Druckkräfte und keine die Dichtung gegebenenfalls beschädigenden Scherkräfte. Beispielsweise um die Lage der Dichtelemente möglichst zu definieren, können die Dichtflächen gegenüber der

Senkrechten im Bereich von ±20° geneigt sein. Auch können in den Dichtflächen insbesondere nutartige Ausnehmungen vorgesehen sein, in denen die Dichtelemente angeordnet sind, so dass die Lage der Dichtelemente klar definiert ist.

Besonders bevorzugt ist es, dass der mindestens eine Zwischeneinlass die Vakuumpumpe ringförmig umgibt. Das Ansaugen des Gases erfolgt somit am gesamten Umfang der Vakuumpumpe. Da insbesondere mehrere Zwischeneinlässe vorgesehen sind, ist es besonders bevorzugt, wenn mehrere insbesondere alle Zwischeneinlässe die Vakuumpumpe ringförmig umgeben. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit mindestens drei Zwischeneinlässen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit fünf Zwischeneinlässen weist die Vakuumpumpe somit zusammen mit dem Haupteinlass sechs Einlässe auf, so dass eine Untersuchungseinrichtung ebenfalls sechs Vakuumkammern aufweisen kann, in denen jeweils ein unterschiedlicher Druck herrscht.

Insbesondere bei den die Vakuumpumpe ringförmig umgebenden Zwischeneinlässen sind auch Dichtflächenpaare vorgesehen, die die Vakuumpumpe ringförmig umgeben. Vorzugsweise sind zumindest bei einem Teil der Zwischeneinlässe die Vakuumpumpe ringförmig umgebende Dichtflächenpaare vorgesehen, die jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnet sind . Insbesondere wenn mehrere im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnete Dichtflächenpaare vorgesehen sind, ist es bevorzugt, dass diese stufenförmig ausgebildet sind . Dies ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch realisiert, dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses an dem in Strömungsrichtung letzten Zwischeneinlass größer ist als an einem der übrigen Zwischeneinlässe. Die Außenabmessung des Pumpengehäuses nimmt somit in Richtung des Haupteinlasses zumindest durch Vorsehen einer Stufe ab. Insbesondere durch Vorsehen mehrerer Stufen ist es möglich an jeder Stufe ein Dichtflächenpaar vorzusehen, das im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsache angeordnet ist. Bevorzugt ist es hierbei, dass das Pumpengehäuse mindestens zwei, insbesondere mindestens vier und besonders bevorzugt an jedem Zwischeneinlass eine Stufe aufweist. Die Innenabmessung der Einschubausnehmung des Einrichtungsgehäuses weist in bevorzugter Ausführungsform eine entsprechende stufenförmige Ausgestaltung auf.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Zwischeneinlass, d .h. der sich an den Haupteinlass anschließende Zwischeneinlass, über den das zweitgrößte Vakuum erzeugt werden kann im Außendurchmesser größer als der Haupteinlass. Der Übergang zwischen Haupteinlass und ersten Zwischeneinlass ist somit vorzugsweise gestuft ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere in diesem Bereich ein Dichtflächenpaar vorgesehen werden kann, das im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnet ist. Gerade in diesem Bereich ist eine hohe Dichtigkeit gefordert, die durch Anordnen eines, insbesondere ringförmigen Dichtelements zwischen diesen beiden Dichtflächen, auf das aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung im Wesentlichen nur Druckkräfte wirken, gut realisierbar ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann auch zwischen dem ersten und zweiten Zwischeneinlass eine Durchmesservergrößerung und somit eine stufenförmige Ausgestaltung mit entsprechender Ausbildung der Dichtflächenpaarung realisiert werden. Im Bereich von hohem Vakuum, d .h. insbesondere in den Bereichen zwischen den Haupteinlass und dem ersten Zwischeneinlass sowie zwischen dem ersten und zweiten Zwischeneinlass besteht die Gefahr, dass Ausgasungen der Dichtungen zu Beeinträchtigungen führen. Insofern ist es bei einer alternativen Ausführungsform bevorzugt, insbesondere im Bereich von hohem Vakuum zwischen benachbarten Einlassen, berührungslose Spaltdichtungen vorzusehen. Eine derartige berührungslose Spaltdichtung ist vorzugsweise zwischen dem Haupteinlass und dem ersten Zwischeneinlass und/oder in Strömungsrichtung zwischen dem ersten und zweiten Zwischeneinlass vorgesehen. Je kleiner der Leitwert dieses Spaltes ist, desto wirksamer ist die Spaltdichtung : Um dies zu ermöglichen, ist der Dichtspalt möglichst klein zu halten und die Spaltlänge möglichst groß. Die Spaltdichtung ist hier nur im hochmolekularen Strömungsbereich effektiv nutzbar.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest bei einigen, insbesondere inneren Zwischeneinlässen der Außendurchmesser des Pumpengehäuses im Wesentlichen gleichgroß. In diesem Bereich sind sodann keine stufenförmigen Absätze vorgesehen. Entsprechend sind in diesem Bereich die zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Dichtflächen nicht senkrecht zu der Pumpenlängsachse. Vielmehr können die Dichtflächen geneigt oder insbesondere parallel zur Pumpenlängsachse ausgerichtet sein. Bevorzugt ist es hierbei, bei derartigen Dichtflächenpaaren keine Dichtelemente zwischen den Dichtflächen anzuordnen, da auf diese Scherkräfte beim Einsetzen des Pumpengehäuses in die Einschubausnehmung der Untersuchungseinrichtung wirken würden. Es ist bevorzugt derartige Dichtflächenpaarungen so auszubilden, dass eine berührungsfreie Spaltdichtung ausgebildet ist. Vorzugweise weisen die Außendurchmesser des zweiten und des dritten Zwischeneinlasses im Wesentlichen denselben Durchmesser auf. Alternativ kann der Außendurchmesser des dritten und vierten Zwischeneinlasses oder auch des vierten und fünften Zwischeneinlasses im Wesentlichen gleichgroß sein. Auch können bspw. drei hintereinander angeordnete Zwischeneinlässe im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweisen. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Zwischeneinlässe 2, 3 und 4 oder 3, 4 und 5 oder auch die Zwischeneinlässe 2, 3, 4 und 5. Die vorgenommene Nummerierung der Zwischeneinlässe erfolgt ausgehend vom Haupteinlass in Richtung des Auslasses der Vakuumpumpe.

Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung sind insbesondere im Bereich von Zwischeneinlässen, bei denen das zu erzeugende Vakuum nicht mehr so gering ist, insbesondere ringförmig ausgebildete Radialdichtungen wie Dichtringe vorgesehen. Diese sind insbesondere in Druckbereich von lOOOmbar bis 10E-5 mbar vorgesehen. Um beim axialen Einschieben der Multi-Inlet-Vakuumpumpe in das Einrichtungsgehäuse ein Beschädigen der die Pumpe umgebenden Radialdichtungen zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass zwischen zwei benachbarten Radialdichtungen eine Durchmesserveränderung vorgesehen ist. Hierbei ist eine sehr geringe Durchmesserveränderung ausreichend. Diese liegt vorzugsweise im Bereich von 0,8mm bis 3mm, vorzugsweise 0,8mm bis 1mm. Das Vorsehen derartiger einen geringen unterschiedlichen Durchmesser aufweisender Radialdichtungen hat einerseits den Vorteil, dass die Gefahr der Beschädigung beim Einschieben der Vakuumpumpe in das Einrichtungsgehäuse sehr gering ist. Ferner hat das Vorsehen von Radialdichtungen den Vorteil, dass insbesondere bei Multi-Inlet- Vakuumpumpen mit einer Vielzahl von Stufen der Außendurchmesser der Pumpe nicht bzw. nur geringfügig zunimmt. Bei Multi-Inlet-Vakuumpumpen, die erfindungsgemäß an einer Vielzahl und gar an allen Zwischeneinlässen eine Stufe aufweisen, um axiale Dichtungen an im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse verlaufenden Dichtflächen vorzusehen, nimmt der Durchmesser der Vakuumpumpe an jeder Stufe 6mm bis 10 mm zu. Diese Zunahme im Durchmesser ist erforderlich, um eine ausreichende Anlagefläche für die Axialdichtungen vorzusehen. Besonders bevorzugt ist daher die Kombination aus mindestens einer Spaltdichtung, wenigstens einer Radialdichtung und mindestens einer Axialdichtung. Es ist bevorzugt, im Bereich hohen Vakuums möglichst Spaltdichtungen vorzusehen, um das Ausgasen des Dichtungsmaterials zu vermeiden. Im Bereich von verhältnismäßig geringen Vakuumdrücken, insbesondere von 1000 bis 10E-5 mbar ist es bevorzugt, Radialdichtungen vorzusehen, wobei vorzugsweise eine geringe Stufe bzw. Durchmesserveränderung erfolgt. Im mittleren Bereich des Vakuums, d .h. insbesondere auch im mittleren Bereich der Mulit-Inletpumpe bezogen auf deren Längsachse ist es bevorzugt Axialdichtungen vorzusehen. Insbesondere ist es somit im Bereich zwischen dem Haupteinlass und dem ersten Zwischeneinlass und/oder dem ersten und zweiten Zwischeneinlass bevorzugt Spaltdichtungen vorzusehen. Zwischen den in Längsrichtung bzw. Förderrichtung der Vakuumpumpe letzten beiden und/oder letzten drei Zwischeneinlässen ist es bevorzugt, Radialdichtungen vorzusehen. Bei zwischen diesen beiden Bereichen vorgesehenen Zwischeneinlässen ist es bevorzugt, Axialdichtungen vorzusehen. Insbesondere die Kombination aus diesen drei Dichtungsarten führt dazu, dass gute Dichtigkeitswerte bei geringem Bauraum realisiert werden können und das Beschädigen von Dichtungen beim Einbau vermieden ist.

Grundsätzlich gilt, dass Radialdichtungen an den Zwischenstufen nicht so stark verpresst werden müssen, da die Druckdifferenz gering ist; insbesondere im molekularen Stömungsbereich ist eine Verpressung der Dichtung im Wesentlichen nicht erforderlich.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Pumpengehäuse derart ausgebildet, dass es zwischen mindestens zwei benachbarten Zwischeneinlässen kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die kegelstumpfförmige Ausgestaltung des Pumpengehäuses zumindest die zwischen den beiden benachbarten Zwischeneinlässen vorhandene Dichtfläche bzw. die entsprechende Dichtflächenpaarung mit einschließt. Vorzugsweise erstreckt sich der kegelstumpfförmige Bereich über mindestens zwei Dichtflächen bzw. Dichtflächenpaarungen . Die Dichtung kann hierbei als berührungslose Spaltdichtung ausgebildet sein, wie es bei Dichtflächen bevorzugt ist, die parallel zur Pumpenlängsachse verlaufen. Aufgrund der kegelstumpfförmigen Ausgestaltung ist jedoch auch das Vorsehen von O-Ringen möglich. Dies ist insbesondere möglich wenn die Verjüngung des Kegelstumpfes in Richtung des Haupteinlasses erfolgt, sodass beim Einführen der Vakuumpumpe in das Einrichtungsgehäuse allenfalls geringe Scherkräfte auf die Dichtelemente wirken.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Innenabmessungen der Einschubausnehmung des Einrichtungsgehäuses im Wesentlichen dieselben geometrischen Abmessungen wie die Außenabmessungen des Pumpengehäuses aufweisen. Insbesondere sind die Innenabmessungen der Einschubausnehmungen komplementär zu den Außenabmessungen des Pumpengehäuses ausgebildet.

Zwischen den einzelnen Vakuumkammern und den in der Einschubausnehmung vorgesehenen Verbindungsöffnungen zum Verbinden mit den Zwischeneinlässen sind zumindest teilweise Verbindungskanäle vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere bei einer stufenförmigen Ausgestaltung des Pumpengehäuses sowie der Einschubausnehmung weiterhin ein Anordnen der Vakuumkammern mit beispielsweise gleichem Kammervolumen in einer Reihe erfolgen. Die Kammern müssen sodann nicht stufenförmig ausgebildet sein.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Untersuchungseinrichtung sind die Vakuumkammern zumindest teilweise derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass eine Kammer mit geringerem bzw. niedrigerem Druck von einer Vakuumkammer mit einem höheren Druck zumindest teilweise umschlossen ist. Dies ist insbesondere bei der den niedrigsten Druck bzw. das höchste Vakuum aufweisenden Kammer vorteilhaft, da diese sodann nicht gegenüber der Umgebung, sondern gegenüber einer weiteren Vakuumkammer abgedichtet werden muss. Dies hat zur Folge, dass aufgrund des geringen Druckunterschiedes eine bessere Abdichtung erzielt werden kann .

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung ist es bevorzugt, dass zumindest ein Teil der Vakuumkammern die Vakuumpumpe ringförmig umgibt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, im Bereich der Dichtungen geringe Druckunterschiede und somit ein verbessertes Abdichten zu realisieren.

Die Verbindungskanäle zwischen den einzelnen Vakuumkammern und den Zwischeneinlässen der Vakuumpumpe können hierbei ebenfalls bspw. ringförmig ausgebildet sein und die Pumpe ebenfalls vollständig umgeben, sodass insbesondere ein gleichmäßige Gasabsaugung aus den entsprechenden Vakuumkammern möglich ist. Ebenso können die einzelnen Vakuumkammern auch über mehrere ggf. voneinander getrennt ausgebildete Verbindungskanäle mit dem entsprechenden Zwischeneinlass verbunden sein.

Ferner betrifft die Erfindung eine Multi-Inlet-Vakuumpumpe (MI- Vakuumpumpe), die insbesondere zum Einsatz in einer Untersuchungseinrichtung wie einem Massenspektrometer geeignet ist. insbesondere ist die erfindungsgemäße Mi-Vakuumpumpe zur Verwendung bei der vorstehend beschriebenen Untersuchungseinrichtung geeignet. Die erfindungsgemäße Mi-Vakuumpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem entsprechend der vorstehend beschriebenen Vakuumpumpe eine mehrere Rotorelemente tragende Rotorwelle und mit den Rotorwellen zusammenwirkende Statorelemente angeordnet sind. Ferner ist in dem Pumpengehäuse eine die Rotorwelle antreibende Antriebseinrichtung angeordnet. Ferner weist das Pumpengehäuse einen Haupteinlass und mehrere Zwischeneinlässe auf. An zumindest einem der Zwischeneinlässe ist zumindest eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnete Dichtfläche vorgesehen. Diese kann sodann wie vorstehend anhand der Untersuchungseinrichtung beschrieben, mit einer im Wesentlichen parallel zu dieser verlaufenden Dichtfläche einer Einschubausnehmung und eines dazwischen angeordneten Dichtelements zusammenwirken.

Vorzugsweise weist die Mi-Pumpe mindestens einen die Pumpe ringförmig umgebenden Zwischeneinlass auf, wobei vorzugsweise mehrere die Vakuumpumpe ringförmig umgebende Zwischeneinlässe vorgesehen sind. Vorzugsweise ist an diesen Zwischeneinlässen jeweils eine Dichtfläche vorgesehen, die im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse angeordnet ist. Die Außenabmessungen des Pumpengehäuses sind hierbei, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise stufenförmig ausgebildet.

Insbesondere ist die Mi-Vakuumpumpe entsprechend der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen stufenförmig ausgebildet, um zwischen den Dichtflächenpaaren Dichtelemente wie Ohrringe vorsehen zu können und/oder ein Teil der Übergänge zwischen benachbarten Zwischeneinlässen ist nicht stufenförmig ausgebildet, wobei die Dichtflächenpaare sodann vorzugsweise als berührungslose Spaltdichtung, und/oder ringförmige Axialdichtungen ausgebildet sind .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Massenspektrometers mit Mi-Vakuumpumpe,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Massenspektrometers mit Mi-Vakuumpumpe, Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform e eines

Massenspektrometers mit Mi-Vakuumpumpe und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnittes einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Anordnungen von Dichtungen im Bereich

Zwischeneinlässen.

Die Untersuchungseinrichtung weist ein Einrichtungsgehäuse 10 auf, das ein oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Durch das Einrichtungsgehäuse 10 sind mehrere hintereinander angeordnete Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20, 22 ausgebildet. Die Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20, 22 sind in Reihe hintereinander angeordnet, wobei ein zu untersuchendes durch die strichpunktierte Linie 26 dargestelltes Medium in der Vakuumkammer 18 bspw. durch eine Umlenkeinrichtung 24 um etwa 90° umgelenkt wird, so dass die Vakuumkammern, 12, 14, 16, 18, 20, 22 zwar in Reihe hintereinander, jedoch nicht gradlinig hintereinander angeordnet sind. Das Einrichtungsgehäuse 10 weist eine stufenförmig ausgebildete Einschubausnehmung 28 auf. In der stufenförmig ausgebildeten Einschubausnehmung 28 ist eine Mi-Vakuumpumpe 30 angeordnet. Diese kann auf einfache Weise in der Zeichnung von unten in die Einschubausnehmung 28 eingeschoben oder aus dieser nach unten herausgezogen werden. Die Mi-Vakuumpumpe 30 weist eine Rotorwelle 32 auf, auf der eine Vielzahl von Rotorelementen in Form von Rotorscheiben 34 angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben 34 ist jeweils eine ein Statorelement ausbildende Statorscheibe 36 angeordnet. Die Statorscheiben 36 sind in einem kartuschenartig ausgebildeten Pumpengehäuse 38 angeordnet. Ferner ist die Rotorwelle 32 mit einem Elektromotor als Antriebseinrichtung 40 verbunden. Eine Gruppe an Rotorelementen 36 und Statorelementen 34 bildet jeweils eine Pumpstufe aus, so dass die dargestellte Ml-Vakuumpumpe 30 sechs Pumpstufen 42, 44, 46, 48, 50, 52 aufweist.

Die Multi-Inlet-Vakuumpumpe 30 weist ein Haupteinlass 54 sowie zwischen den Pumpstufen 42, 44, 46, 8, 50, 52 jeweils einen Zwischeneinlass 56, 58, 60, 62, 64 sowie einen Auslass 66 auf. Zu jedem Zwischeneinlass 56, 58, 60, 62, 64 korrespondiert eine Verbindungsöffnung 68 in der Einschubausnehmung 28. Im Bereich des Haupteinlasses ist ein erstes Dichtflächenpaar 70, 72 vorgesehen, wobei die Dichtfläche 70 durch das Pumpengehäuse und die Dichtfläche 72 durch die Einschubausnehmung ausgebildet ist. Die beiden Dichtflächen 70, 72 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Pumpenlängsachse 74. Zwischen den beiden Dichtflächen 70, 72 ist eine umlaufende ringförmige Dichtung 76 angeordnet. Somit wird die Dichtung 76 beim Einschieben der Ml-Vakuumpumpe 30 in die Einschubausnehmung 28 nicht durch Scherkräfte belastet, sondern erst bei montierter Vakuumpumpe 30, die über einen Flansch mittels Schrauben 77 an der Gehäuseeinrichtung 10 fixiert ist, ausschließlich durch Druckkräfte belastet. Hierdurch kann eine gute Abdichtung realisiert werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch die Dichtflächen im Bereich der Zwischeneinlässe 56, 58, 60 und 62 durch im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsache 74 verlaufende Dichtflächenpaare realisiert, so dass diese jeweils als Dichtflächenpaare 70, 72 mit ringförmig ausgebildeten die Ml-Vakuumpumpe 30 umgebenden Dichtflächen und einer dazwischen angeordneten ringförmigen Dichtung 76 bezeichnet sind .

Lediglich im Bereich des in einer Strömungsrichtung 78 der Vakuumpumpe letzten Zwischeneinlass 74 ist das ringförmige Dichtelement 76 in einer ringförmigen Nut 80 der Einschubausnehmung 28 angeordnet. Selbstverständlich kann auch dieser Dichtbereich durch zwei zueinander parallele im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse 74 angeordnete Dichtflächen realisiert sein. Eine weitere Dichtung 76 ist zwischen dem Flansch 82 der Vakuumpumpe 30 und dem Einrichtungsgehäuse 10 angeordnet.

Des Weiteren sind in dem Einrichtungsgehäuse 10 mehrere Verbindungskanäle 84 angeordnet, die jeweils einen Zwischeneinlass 56 bis 64 bzw. eine Verbindungsöffnung 68 mit jeweils einer der Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20 verbinden.

Insbesondere zwischen dem Haupteinlass 54 und dem ersten Zwischeneinlass 56 kann alternativ zu den dargestellten axialen Dichtungen 76 eine berührungslose Spaltdichtung vorgesehen sein. Dies gilt auch für den Bereich zwischen dem ersten Zwischeneinlass 56 und dem zweiten Zwischeneinlass 58, da auch in diesem Bereich sehr hohes Vakuum von insbesondere 10E-6 bis 10E-9 mbar herrscht. Das Kompressionsverhältnis zwischen Haupteinlass und ersten Zwischeneinlass bzw. zwischen dem ersten und zweiten Zwischeneinlass liegt im Bereich von 1 zu 20 bis 1 zu 100. Die Kompression ist grundsätzlich gasartabhängig und abhängig davon wie viele Rotor- /Statorstufenpaare sich zwischen den Gaseinlässen der Pumpe befinden. Für den hier dargestellten Fall von 2-3 Rotor-/Statorstufenpaare bestehen Kompressionsverhältnisse von ca. 20 (He) und 100 (N2).

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei sehr großem erforderlichen Kompressionsverhältnissen pro Pumpstufe ein weiterer Zwischeneinlass vorgesehen. Hierdurch kann der Druck im Dichtspalt reduziert werden.

In der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung mit erfindungsgemäßer Multi-Inlet-Vakuumpumpe sind ähnliche und identische Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform weist die identische Multi-Inlet- Vakuumpumpe 30 entsprechend der in Fig . 1 dargestellten Ausführungsform auf. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die einzelnen Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20, 22 die Vakuumpumpe 30 im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Pumpenlängsachse umgeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sodann auch die Verbindungskanäle 84 rotationssymmetrisch zu der Pumpenlängsachse 74 ausgebildet. Ebenso ist es möglich die einzelnen Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20, 22 jeweils entsprechend der in Fig . 1 dargestellten Ausführungsform mit einem bspw. als zylindrische Öffnung oder Bohrung ausgebildeten Verbindungskanal 84 zu verbinden.

Die in Fig . 3 dargestellte Ausführungsform ist ebenfalls als zu der Pumpenlängsachse 74 rotationssymmetrische Ausführungsform ausgebildet, sodass die Vakuumkammern 12, 14, 16, 18, 20, 22, wie anhand Fig. 2 ausgebildet und entsprechend anhand Fig. 2 beschrieben mit ringförmigen oder kanalförmigen Verbindungskanälen 84 verbunden sind .

Der wesentliche Unterschied der in Fig . 3 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass zwischen dem zweiten, dritten, vierten und fünften Zwischeneinlass, d .h. bei der Ausbildung der Pumpstufen 46, 48, 50, 52 das Pumpengehäuse 38 diese nicht stufenförmig ausgebildet ist, sondern in diesem Bereich einen im Wesentlichen gleichen Außendurchmesser aufweist. Dementsprechend sind bei dieser Ausführungsform durch die einander gegenüberliegenden Dichtflächen jeweils berührungsfreie Spaltdichtungen 86 ausgebildet.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform zur Abdichtung benachbarter Zwischeneinlässe dargestellt. Hierbei handelt sich üblicherweise um Zwischeneinlässe, an denen ein verhältnismäßig geringes Vakuum herrscht, d .h. insbesondere um die in Förderrichtung 78 letzten Zwischeneinlässe. Beispielsweise kann es sich hierbei um die in den Figuren 1, 2 und 3 unteren bzw. nahe des Auslasses 66 angeordneten Zwischeneinlässe handeln. Beispielsweise ist zwischen den beiden letzten Zwischeneinlässen 62 nur eine sehr kleine Stufe 90 vorgesehen. Diese ist in ihrer Durchmesserveränderung nicht geeignet, um eine Axialdichtung wie bspw. Axialdichtungen 76 (Figuren 1 bis 3) vorzusehen. Dieser geringfügige Versatz bzw. diese geringfügige Durchmesserveränderung dient lediglich dazu, dass beim Einschieben der Vakuumpumpe in die Einschubausnehmung 28 ein Beschädigen von als Dichtring ausgebildeten Radialdichtungen 92 vermieden ist. Aufgrund der geringfügigen Durchmesserveränderung müssen die insbesondere als Dichtring ausgebildeten Dichtungen 92 nur über eine geringe Strecke des Pumpengehäuses geschoben werden. Hierdurch ist die Gefahr des Beschädigens der Dichtungen 92 stark reduziert. Gleichzeitig ist es möglich nur durch Vorsehen derartiger Radialdichtungen eine Vergrößerung des Außendurchmessers der Vakuumpumpe durch Vorsehen von stufenförmig ausgebildeten Axialdichtungen zu verringern.

Die als ringförmige Dichtelemente 92 ausgebildeten Radialdichtungen sind in Nuten 94 angeordnet.

Claims

Ansprüche

Untersuchungseinrichtung, insbesondere Massenspektrometer, mit mehreren, insbesondere in einer Reihe in einem Einrichtungsgehäuse (10) angeordneten Vakuumkammern (12, 14, 16, 18, 20, 22), einer in dem Einrichtungsgehäuse (10) vorgesehenen Einschubausnehmung (28) zur Aufnahme einer Multi-Inlet-Vakuumpumpe (30), wobei die Multi-Inlet-Vakuumpumpe (30) ein Pumpengehäuse (38) aufweist, in dem eine mehrere Rotorelemente (34) tragende Rotorwelle (32), mit den Rotorelementen (34) zusammenwirkende Statorelemente (36) und eine die Rotorwelle (32) antreibende Antriebseinrichtung (40) angeordnet ist und wobei in dem Pumpengehäuse (38) ein Haupteinlass (54) und mehrere Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) vorgesehen sind, die jeweils über Verbindungsöffnungen (68) in der Einschubausnehmung (28) mit einer der Vakuumkammern (12, 14, 16, 18, 20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zwischeneinlässen (56, 58, 60, 62, 64) sowie an den Verbindungsöffnungen (68) zumindest teilweise Dichtflächen (70) vorgesehen sind und zumindest ein Dichtflächenpaar (70, 72) im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse (74) angeordnet ist.

Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer, vorzugsweise alle Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) die Vakuumpumpe (30) ringförmig umgeben.

3. Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines, vorzugsweise alle Dichtflächenpaare (70, 72) der Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) die Vakuumpumpe (30) umgeben.

4. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Einlässen (54,56; 56,58) und Verbindungsöffnungen (68) zur Abdichtung eine berührungslose Spaltdichtung ausgebildet ist

5. Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine berührungslose Spaltdichtung zwischen dem Haupteinlass (54) und dem in Strömungsrichtung (78) ersten Zwischeneinlass (56) und/oder zwischen dem ersten und zweiten Zwischeneinlass (56,58) ausgebildet ist.

6. Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einlässen (54,56; 56,58) die mittels der mindestens einen Spaltdichtung abgedichtet sind, ein Kompressionsverhältnis von 1 zu 40 bis 1 zu 300 herrscht.

7. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung großer Kompressionsverhältnisse von insbesondere mehr als 1 zu 100 bei einer Pumpstufe ein zusätzlicher Zwischeneinlass vorgesehen ist.

8. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses (38) an dem in Strömungsrichtung (78) letzten Zwischeneinlass (64) größer ist als an zumindest einem der übrigen Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62).

9. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses (38) an dem in Strömungsrichtung (78) ersten Zwischeneinlass (56) größer sind als an dem Haupteinlass (54).

10. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser an inneren Zwischeneinlässen (58, 60, 62, 64) im Wesentlichen gleichgroß ist.

11. Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des in Strömungsrichtung (78) zweiten Zwischeneinlasses (58) und des dritten Zwischeneinlasses (60) und/oder des dritten Zwischeneinlasses (60) und des vierten Zwischeneinlasses (62) und/oder des vierten Zwischeneinlasses (62) und des fünften Zwischeneinlasses (64) und/oder der zweiten bis vierten Zwischeneinlässe (58, 60, 62) und/oder der dritten bis fünften Zwischeneinlässe (60, 62, 64) und/oder der zweiten bis fünften Zwischeneinlässe (58, 60, 62, 64) im Wesentlichen gleichgroß ist.

12. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenabmessungen, ausgehend vom in Strömungsrichtung (78) letzten Zwischeneinlass (64) stufenförmig in Richtung des Haupteinlasses (54) verringert.

13. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stufen, insbesondere mindestens vier Stufen und besonders bevorzugt an jedem Zwischeneinlass (56, 58, 60, 62, 64) eine Stufe vorgesehen ist.

14. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (38) zwischen mindestens zwei benachbarten Zwischeneinlässen (84) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

15. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Dichtflächen (70,72) an stufenförmigen Übergängen zwischen Einlässen insbesondere jeweils ein Dichtelement (76) vorgesehen ist.

16. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an stufenlosen Übergängen die Dichtelemente eine berührungsfreie Spaltdichtung (86) ausbilden.

17. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenabmessungen der Einschubausnehmung (28) komplementär zu den Außenabmessungen des Pumpengehäuses (38) ausgebildet sind .

18. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Radialdichtungen (92) eine Durchmesserveränderung von 0,8 bis 3 mm, vorzugsweise 0,8mm bis 1mm vorgesehen ist.

19. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Vakuumkammern (12, 14, 16, 18, 20) und den Verbindungsöffnungen (28) zumindest teilweise Verbindungskanäle (84) vorgesehen sind .

20. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumkammer (22) mit geringerem Druck von einer Vakuumkammer (20) mit höherem Druck teilweise umschlossen ist.

21. Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammern zumindest teilweise ringförmig ausgebildet sind und vorzugsweise die Vakuumpumpe (30) ringförmig umgeben.

22. Multi-Inlet-Vakuumpumpe, insbesondere für Massenspektrometer, mit einem Pumpengehäuse (38), in dem eine mehrere Rotorelemente (34) tragende Rotorwelle (32), mit den Rotorelementen (34) zusammenwirkende Statorelemente (36) und eine die Rotorwelle antreibende Antriebseinrichtung (40) angeordnet ist, wobei in dem Pumpengehäuse (38) ein Haupteinlass (54) und mehrere Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Zwischeneinlass (56, 58, 60, 62) eine im Wesentlichen senkrecht zur Pumpenlängsachse (74) angeordnete Dichtfläche (70) vorgesehen ist.

23. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer, vorzugsweise alle Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) die Vakuumpumpe (30) ringförmig umgeben.

24. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise alle Dichtflächen (70) der Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62, 64) die Multi-Inlet- Vakuumpumpe (30) ringförmig umgeben.

25. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses (38) an dem in Strömungsrichtung (78) letzten Zwischeneinlass (64) größer ist als an zumindest einem der übrigen Zwischeneinlässe (56, 58, 60, 62).

26. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Pumpengehäuses (38) an dem in Strömungsrichtung (78) ersten Zwischeneinlass (56) größer sind als an dem Haupteinlass (54).

27. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser an inneren Zwischeneinlässen (58, 60, 62, 64) im Wesentlichen gleichgroß ist.

28. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des in Strömungsrichtung (78) zweiten Zwischeneinlasses (58) und des dritten Zwischeneinlasses (60) und/oder des dritten Zwischeneinlasses (60) und des vierten Zwischeneinlasses (62) und/oder des vierten Zwischeneinlasses (62) und des fünften Zwischeneinlasses (64) und/oder der zweiten bis vierten Zwischeneinlässe (58, 60, 62) und/oder der dritten bis fünften Zwischeneinlässe (60, 62, 64) und/oder der zweiten bis fünften Zwischeneinlässe (58, 60, 62, 64) im Wesentlichen gleichgroß ist.

29. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenabmessungen, ausgehend vom in Strömungsrichtung (78) letzten Zwischeneinlass (64) stufenförmig in Richtung des Haupteinlasses (54) verringert.

30. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stufen, insbesondere mindestens vier Stufen und besonders bevorzugt an jedem Zwischeneinlass (56, 58, 60, 62, 64) eine Stufe vorgesehen ist.

31. Multi-Inlet-Vakuumpumpe nach Anspruch 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (38) zwischen mindestens zwei benachbarten Zwischeneinlässen (84) kegeistumpfförmig ausgebildet ist.