EP3617523A1 - Vakuumgerät und vakuumsystem - Google Patents
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- EP3617523A1 EP3617523A1 EP19156691.8A EP19156691A EP3617523A1 EP 3617523 A1 EP3617523 A1 EP 3617523A1 EP 19156691 A EP19156691 A EP 19156691A EP 3617523 A1 EP3617523 A1 EP 3617523A1
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- vacuum device
- flange
- sealing
- axial
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
- F04D29/601—Mounting; Assembling; Disassembling specially adapted for elastic fluid pumps
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- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/048—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps comprising magnetic bearings
Definitions
- the present invention relates to a vacuum device, in particular a turbomolecular pump, comprising a passage, namely an inlet or an outlet; and a flange for vacuum-tight connection of the passage of the vacuum device to another vacuum device in a connection direction along a connection axis; wherein the flange has a sealing region extending around the connecting axis for the contact of a sealing element; wherein the vacuum device has an axial end with respect to the connection axis radially within the sealing area in the connection direction.
- the invention further relates to a vacuum device, in particular a turbomolecular pump, with a flange for the vacuum-tight connection of the vacuum device to a further flange of a further vacuum device, the flange having a plurality of fastening points which are arranged distributed over a circumference of the flange, in particular with through openings for fastening elements to be assigned in each case, to which the flange can be fastened to the further flange, a sealing area surrounding the connection axis being provided on the flange for bearing a sealing element to be arranged between the flanges, the sealing area being arranged radially within the fastening points with respect to the connection axis.
- the invention also relates to a system with a vacuum device and a sealing element and in particular with a further vacuum device and / or at least one fastening element.
- a hybrid-mounted turbomolecular pump which is considered here as an example for vacuum devices of the types mentioned at the beginning, has two different bearing principles at the two rotor ends: on the fore-vacuum side, where higher pressures prevail, an oiled or grease-lubricated ball bearing is used.
- a permanent magnet bearing is used on the high vacuum side, where all hydrocarbons are to be avoided.
- a stator part of this permanent magnet bearing must be connected to the pump housing in some way in order to be able to perform its task. In most designs, the stator part is connected to the pump housing by the so-called star, i.e. a carrier in the inlet. Standard flange connections are preferred for connecting the high vacuum flange of the turbopump to a vacuum chamber.
- an O-ring is placed between the two flanges for sealing.
- it is usually located radially between two aluminum rings, one of which also takes over the centering function.
- This combination of O-ring and aluminum rings is generally called vacuum ring "centering ring”.
- grid-shaped inserts e.g. a protective grille and / or a splinter guard, which should prevent objects from falling into the turbopump. These are arranged above the star.
- the centering ring possibly with protective grille or splinter protection, is a generally available component and can be provided by various vacuum component manufacturers, in particular due to the standardization of the flanges.
- the object is achieved by a vacuum device with the features of claim 1, and in particular in that the sealing area of the flange with respect to the axial end of the vacuum device is axially set back against the connection direction or that the sealing area of the flange is arranged at the same axial position as the axial end of the vacuum device or that the sealing area of the flange is axially at most in the connection direction with respect to the axial end of the vacuum device 2 mm, in particular at most 1.5 mm, in particular at most 1 mm, or by at most 3 mm or by at most 4 mm.
- the invention also reduces the axial length of the vacuum device when the sealing area protrudes.
- the sealing area does not have to protrude as far as the axial end of the vacuum device due to the invention than in the prior art.
- a standardized flange connection has a largely fixed axial length.
- the sealing area is set back axially relative to the axial end of the vacuum device, or the sealing area of the flange is arranged at the same axial position as the axial end of the vacuum device, or the sealing area of the flange is axially at most 2 mm in the connection direction with respect to the axial end of the vacuum device by a maximum of 3 mm or by a maximum of 4 mm.
- the flange connection is displaced axially away from the passage and towards an axial center of the vacuum device, namely along the outside of the housing.
- the axial length which is necessary for the flange connection, is at least partially covered on the outside of the housing, where it does not lead to an axial extension of the vacuum device.
- the axial end of the vacuum device is displaced in the direction of or into the flange connection.
- a carrier and also the other components of the vacuum device can thus be arranged axially closer to the further vacuum device, so that axial installation space is saved as a result, and without sacrificing compatibility with the available standard flanges and accessories, i.e. sealing elements and fastening elements.
- the vacuum device can be, for example, a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
- the passage can in particular be an inlet of the vacuum device.
- a vacuum device in the sense of the present application can not only be designed as an active device, as is the case, for example, with a turbomolecular pump, but can also be designed, for example, as a passive vacuum device.
- a passive vacuum device can be, for example, a pipe, a vacuum chamber or a valve.
- the axial end of the vacuum device is defined, for example, by a component arranged in the passage.
- This can be a carrier for a functional element of the vacuum device, for example.
- the functional element held by the carrier can, for example, be a component of a bearing element, in particular a magnetic bearing, in particular a stator part and / or inner ring.
- the axial end of the vacuum device can also be defined by a component defining the passage. This is, for example, the housing of the vacuum device and / or an area formed in one piece with the flange.
- the term component does not necessarily refer to a part that is separate from other components.
- the passage can be defined by the housing, which also comprises a flange connected in one piece.
- a component arranged in the passage can be connected either separately or in one piece to the component defining the passage, in particular the housing.
- a component, in particular a carrier for a functional element can be arranged in the passage and connected in one piece to the housing, or can also be designed separately therefrom.
- a component arranged in the passage such as a carrier, can be fixed to an inside of the component defining the passage, in particular the housing, and can be held axially, for example, by a shoulder of the component.
- the sealing area is set back with respect to the axial end of the vacuum device, arranged at the same axial position or protrudes by at most 2 mm or by at most 3 mm or by at most 4 mm, the axial end of the vacuum device being defined radially within the sealing area.
- the vacuum device can be designed radially beyond the sealing area or the flange connection and, for example, can project axially beyond the sealing area beyond it. But it is precisely the displacement of the radially inner axial end in the direction of or into the flange connection or the shifting back of the flange connection relative to this axial end that advantageously saves on axial installation space. Insofar as an axial end is referred to in the following, this means the one radially within the sealing region, unless stated otherwise.
- the sealing area is in particular designed as a flat annular surface, which is in particular perpendicular to the connection axis and / or connection direction.
- the sealing area can be radially delimited, for example, by a centering shoulder, in particular for a centering area of a sealing element designed as a centering ring.
- connection direction describes the direction which runs from the vacuum device to the further vacuum device to be connected, in particular along the connection axis.
- the sealing area is preferably set back against the direction of connection, that is to say, from the point of view of the further vacuum device, is preferably arranged axially behind the axial end of the claimed vacuum device.
- the axial distance between the axial end of the vacuum device and a recessed sealing area can be at least 5 mm, in particular at least 10 mm, in particular at least 15 mm.
- the axial distance between the end of the vacuum device and a recessed sealing area is at most 3 mm, in particular at most 2 mm.
- a sealing element for the flange connection is not considered part of the vacuum device for the purpose of unambiguous reference, in particular since such sealing elements are often sold independently of vacuum devices. After all, they are mostly standardized components.
- the invention includes embodiments that refer to the sealing element, which is why a system comprising a vacuum device according to one of the variants described above and a sealing element in or for contacting the sealing area of the vacuum device is also generally claimed.
- a sealing element is referred to below, an embodiment of the system is basically meant.
- the sealing area of the flange can also protrude axially by more than 2 mm with respect to the axial end of the vacuum device in the connecting direction, i.e. Refinements of this type are also the subject of the invention and are claimed.
- the sealing element has an axial end directed against the connection direction, which is axially set back at the same axial position as the axial end of the vacuum device or with respect to it.
- a protective element in particular a grid element, is connected to the sealing element, which spans the inlet.
- the sealing area can generally be arranged axially in such a way that a sealing element, to which a protective element spanning the inlet is connected, can be applied to the sealing area.
- a protective element can be provided on the vacuum device itself, so that the axial setback of the sealing area can be larger and more installation space is saved because it is not necessary for a protective element to be arranged on the sealing element.
- the sealing element has an axial thickness when installed in the flange connection, the axial distance between the axial end of the vacuum device and the sealing area being at most half the thickness of the sealing element. This also improves compatibility with standard components.
- the sealing element can be formed by a centering ring.
- the sealing element can comprise, for example, an elastomer seal and / or an O-ring.
- a metal seal can also be used as the sealing element, for example.
- the axial end of the vacuum device is preferably not only defined radially inside the sealing area, but also radially inside the sealing element.
- the flange is preferably arranged on a housing of the vacuum device, in particular connected to it in one piece, for example welded or made from a common blank.
- the housing defines in particular the passage.
- An axial end of a housing of the vacuum device can preferably correspond in its axial position to that of a component arranged in the passage or can be axially set back in relation to the opposite direction of connection his.
- the axial housing end can be arranged in the axial direction between the axial end of the component arranged in the passage and the sealing area.
- the object is also achieved by a vacuum device according to claim 5, and in particular in that, with respect to the connection axis, an axial projection is provided on the flange radially outside the sealing area, which projection forms a contact surface for the further flange.
- the projection and the contact surface support the flange connection.
- the system is provided in addition to and separately from the sealing element, in particular a centering ring, so that the system prevents a tilting deformation of at least one flange on the sealing element.
- a flange connection of the type ISO-F in particular in accordance with ISO 1609 or DIN 28404, is provided, the flange being intended to be fastened to a further flange with a centering ring.
- the further flange can generally also be referred to as a counter flange.
- the centering ring is the fulcrum of the lever. This can lead to a displacement of a functional element, such as a permanent magnet bearing, via a carrier or star.
- the approach on which the invention is based reduces, in particular prevents, deformation of the flanges.
- the flange and counterflange are supported against one another outside the fastening points or force introduction points, in particular outside the sealing area and / or the seat of a centering ring, preferably by at least the axial thickness of the centering ring, but in particular by less than the unloaded thickness of an im Centering ring located O-rings.
- the flange is thus extended to a certain extent by the projection in the direction of the counter flange.
- the non-deformable elements of the centering ring thus lie in a recessed recess in the passage defined by the flange, in particular the inlet.
- the recess can be made, for example, in a simple manner by turning.
- the invention therefore provides in particular that the flange with its contact surface lies directly on the counter flange or at least on a component supporting the counter flange. Deformation of the flanges and the components connected to them is thus reduced, in particular avoided, in particular independently of a force of at least one fastening element, in particular a tightening torque of fastening screws.
- the contact surface forms, in particular, a counter bearing for the lever between the fastening point and the sealing element, in particular the centering ring.
- An O-ring which is preferably located in the centering ring, is in particular thicker than the axial height of the contact surface in relation to the sealing area or the projection. The connection is nevertheless reliably sealed.
- the contact surface and / or the projection is provided radially outside the fastening points, but not necessarily but optionally only there. This further improves the support of the counter flange.
- a lever between the fastening element and the sealing element is supported in a particularly reliable manner.
- the protrusion can be formed, for example, all around the connection axis or by a plurality of protrusions, in particular distributed over the circumference.
- the projection can be designed, for example, as a web.
- a projection or a contact surface can not only be arranged radially outside the sealing area or the fastening points.
- a bearing surface and / or a projection can also be provided radially inside the fastening points, or the bearing and / or projection can extend radially inside from the outside of the fastening points.
- the contact surface and / or projection can be located radially in the region of a fastening element, in particular a screw shaft, and / or can also be arranged radially outside and / or inside thereof.
- the fastening points are the points which are defined by the intersection of an axis of a respective fastening element with the connection plane which runs perpendicular to the connection axis. The axial position of the point or the plane is of secondary importance. Simplified, one can also speak of radially outside or within axes of the fastening elements.
- the axis and / or a screw shank may or may not itself be radially free from the projection or the contact surface.
- the attachment points or axes of through openings in the flange and / or fasteners to be assigned.
- the contact surface extends up to a radial outer edge of the flange, in particular is only arranged on the radial outer edge and / or is radially spaced from the sealing area and / or fastening point or element, in particular a fastening axis thereof or a screw shaft.
- the contact surface and / or the projection can, for example, be connected in one piece to the flange or be formed by a component separate therefrom.
- the projection or web can be designed as a separate ring.
- the separate system can be flexibly removed by the customer, e.g. if he wants to do without a centering ring because e.g. the counter flange has a groove for receiving a sealing element.
- the contact surface can be arranged axially protruding with respect to the sealing area, in particular in a connection direction.
- the contact surface is advantageously arranged axially between the sealing area and a vacuum device to be connected.
- an axial distance between the system and the sealing area is at least 3.7 mm and at most 4.1 mm, in particular 3.9 mm, or at least 5.4 mm and at most 5.8 mm, in particular 5.6 mm. This results in particularly good support and particularly low flange deformation with a good sealing effect.
- the projection is essentially circumferential with respect to the connection axis, an opening being provided in the projection or a groove in the contact surface, which is extends from a radially inner end of the projection or the contact surface to a radially outer end of the projection or the contact surface.
- a system comprising a vacuum device according to at least one of the variants described above and a sealing element in or for contacting the sealing area of the vacuum device.
- an axial distance between the contact surface and the sealing area corresponds to an axial thickness or height of the sealing element when installed in the flange connection. This results in a particularly low deformation of the flange and connected components.
- the axial distance can correspond to an axial height of a fixed part of a sealing element, in particular designed as a centering ring.
- the axial distance can also correspond, for example, to the axial height of a metal seal.
- the flange can, for example, be connected to a housing of the vacuum device, the flange preferably being formed in one piece with the housing.
- the advantages according to the invention unfold to a particularly high degree.
- the flange can preferably be an inlet flange of the vacuum device, in particular a vacuum pump.
- the improved vacuum tightness has a positive effect here due to the low pressures compared to the outlet.
- the sealing element can thus in particular be formed by a centering ring, the centering ring in particular comprising a deformable sealing member, preferably an O-ring, and an at least substantially rigid holder for the sealing member.
- the sealing element can be designed, for example, as a metal seal.
- the sealing element can be a standard component.
- the vacuum device is designed as a turbomolecular pump with a bearing element, in particular a magnetic bearing, a carrier for a component of the bearing element being connected to the flange and / or to a housing of the turbomolecular pump.
- the reduction in flange deformation according to the invention has a particularly improving effect here on the service life of the pump, since the rotor positioning can largely be maintained exactly.
- a vacuum device according to one of the aspects described above, preferably according to an embodiment described therefor, with a flange, and a sealing element in or for contacting the sealing area of the vacuum device includes.
- active and passive vacuum devices can be used as vacuum devices.
- the system can further comprise a further vacuum device to be connected or connected with a further flange or counter flange.
- the system can also have at least one fastening element for fastening the flange of the vacuum device on the further flange of the further vacuum device, in particular a set of fastening elements.
- the sealing element can in particular be designed to be arranged between respective, opposite sealing regions of the flanges, in particular compressed, or can be arranged in this way.
- the turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which a recipient, not shown, can be connected in a manner known per se.
- the gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117, to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.
- the inlet flange 113 forms in accordance with the orientation of the vacuum pump Fig. 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
- the housing 119 comprises a lower part 121, on which an electronics housing 123 is arranged on the side. Electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump.
- Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
- a data interface 129 for example in accordance with the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.
- a flood inlet 133 in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
- a sealing gas connection 135, which is also referred to as a purge gas connection via which purge gas to protect the electric motor 125 (see, for example, FIG Fig. 3 ) before that, pumped gas can be brought into the engine compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111.
- two coolant connections 139 are arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant, which can be guided into the vacuum pump for cooling purposes.
- the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141.
- the vacuum pump 111 can also be attached to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a manner of hanging.
- the vacuum pump 111 can be designed so that it can also be operated if it is aligned in a different way than in FIG Fig. 1 is shown.
- Embodiments of the vacuum pump can also be realized, in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards, but turned to the side or directed upwards.
- various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump which are not further specified here are fastened to one another.
- a bearing cover 145 is attached to the underside 141.
- Fastening bores 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened, for example, to a support surface.
- a coolant line 148 is shown in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
- the vacuum pump comprises a plurality of process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
- a rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 rotatable about an axis of rotation 151.
- the turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pump stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119.
- a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular one Pump stage.
- the stator disks 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159.
- the vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and have a pumping effect and are connected in series with one another.
- the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylindrical jacket-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 fastened to and supported by the rotor hub 161, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and nested one inside the other in the radial direction.
- two cylindrical jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested one inside the other in the radial direction.
- the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, that is to say by the radial inner and / or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and of the Holweck stator sleeves 167, 169.
- the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and forms the first Holweck pumping stage following the turbomolecular pumps.
- the radial inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radial outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 with the formation of a radial Holweck gap 173 and forms a second Holweck pump stage with the latter.
- the radial inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 lies against the radial outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 opposite to form a radial Holweck gap 175 and forms the third Holweck pumping stage with this.
- a radially extending channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the central Holweck gap 173.
- a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the central Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
- a connection channel 179 to the outlet 117 can also be provided.
- the aforementioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 163, 165 each have a plurality of Holweck grooves running spirally around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Drive the vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
- a roller bearing 181 is provided in the area of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the area of the pump inlet 115.
- a conical spray nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter increasing toward the roller bearing 181.
- the injection nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of an operating fluid reservoir.
- the operating medium storage comprises a plurality of absorbent disks 187 stacked one on top of the other, which are impregnated with an operating medium for the roller bearing 181, for example with a lubricant.
- the operating medium is transferred by capillary action from the operating medium storage via the wiper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force along the spray nut 185, is conveyed in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
- the roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are enclosed in the vacuum pump by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145.
- the permanent magnet bearing 183 comprises a bearing half 191 on the rotor side and a bearing half 193 on the stator side, each of which comprises an annular stack of a plurality of permanent magnetic rings 195, 197 stacked on one another in the axial direction.
- the ring magnets 195, 197 lie opposite one another to form a radial bearing gap 199, the rotor-side ring magnets 195 being arranged radially on the outside and the stator-side ring magnets 197 being arranged radially on the inside.
- the magnetic field present in the bearing gap 199 causes magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
- the rotor-side ring magnets 195 are carried by a carrier section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside.
- the stator-side ring magnets 197 are carried by a stator-side carrier section 203 which extends through the ring magnets 197 and is suspended from radial struts 205 of the housing 119.
- Parallel to the axis of rotation 151, the rotor-side ring magnets 195 are fixed by a cover element 207 coupled to the carrier section 203.
- the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a fastening ring 211 connected to the carrier section 203.
- a plate spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197.
- An emergency or catch bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs empty without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only comes into engagement with an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator in order to provide a radial stop for the rotor 149 to form, since a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented.
- the catch bearing 215 is designed as an unlubricated roller bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and / or the stator, which causes the catch bearing 215 to be disengaged in normal pumping operation.
- the radial deflection at which the catch bearing 215 engages is dimensioned large enough that the catch bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time is small enough so that the rotor-side structures collide with the stator-side structures under all circumstances is prevented.
- the vacuum pump 111 comprises the electric motor 125 for rotatingly driving the rotor 149.
- the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217.
- a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 which extends through the motor stator 217.
- an intermediate space 219 is arranged which comprises a radial motor gap, via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement for transmitting the drive torque can magnetically influence one another.
- the motor stator 217 is fixed in the housing within the motor space 137 provided for the electric motor 125.
- a sealing gas which is also referred to as a purge gas and which can be, for example, air or nitrogen, can enter the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135.
- the electric motor 125 can use process gas, for example, in front of process gas Corrosive parts of the process gas are protected.
- the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, ie in the engine compartment 137 there is at least approximately the vacuum pressure caused by the fore-vacuum pump connected to the pump outlet 117.
- a so-called labyrinth seal 223, which is known per se, can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor space 137, in particular in order to achieve a better seal of the motor space 217 with respect to the radially outside Holweck pump stages.
- a turbomolecular pump of the prior art is shown in a sectional view.
- a partial view has been selected that shows an inlet flange 20.
- the flange 20 is part of a housing 22 and is used for connection to a further vacuum device, not shown, for example a vacuum chamber.
- the flange 20 is designed as an ISO-K flange in this example. It is connected to a further flange of the vacuum device to be connected, not shown, via separate fastening elements, also not shown, which grip around the flanges in the manner of a clamp. A respective fastening element engages behind a circumferential projection 24 of the flange 20.
- a centering ring 26 bears against the flange 20.
- This comprises an O-ring 28 which is radially enclosed between two fixed, in particular metallic, ring elements 30.
- the centering ring 26 thus forms a sealing element for the flange connection.
- the centering ring 26 further comprises a protective element designed as a grid element 32, which spans an inlet 34 defined by the flange 20, so that an interior of the pump is protected against foreign bodies.
- a carrier 36 which carries a functional element 38, here a static part of a bearing and specifically a set of inner permanent magnets of a magnetic bearing.
- the carrier 36 is supported on the housing 22, namely on the inside thereof. Axially, the carrier 36 is fixed to a shoulder of the housing 22 enclosing the passage 34.
- the centering ring 26 lies with its ring elements 30 and the O-ring 28 against a sealing area 40 of the flange 20.
- the sealing region 40 defines a circumferential annular surface which faces another flange, not shown, of a vacuum device to be connected.
- the further flange also comprises a corresponding sealing area.
- connection direction 43 runs along the connection axis 42 and from the vacuum device shown to the further vacuum device (not shown), that is to say in the direction in which the vacuum device is attached to the further vacuum device.
- the sealing area 40 extends in a plane that runs perpendicular to the connecting axis 42.
- the connection axis 42 coincides in this example and generally advantageously with a rotor axis of the pump.
- FIG. 7 A turbomolecular pump with a flange 20 according to the first aspect of the invention is shown.
- a sealing area 40 of the flange 20 is set back axially with respect to an axial end of the vacuum device in the opposite direction of the connection 43.
- the axial end of the vacuum device is axially between the further vacuum device, not shown, and the sealing region 40 of the flange 20.
- the axial end of the vacuum device is formed both by the carrier 36 and by the housing 22 or a section of the same delimiting the passage 34, since both have their axial end at the same axial height.
- the axial distance 44 between the axial end of the vacuum device and the sealing area 40 is thus in comparison to the vacuum pump according to Fig. 6 negative and therefore labeled "-".
- the sealing area 40 or the flange 20 are thus arranged set back with respect to the axial end of the vacuum device. In other words, the sealing area 40 and the flange 20 are compared between the 6 and 7 moved down along the housing 22. Conversely, the carrier 36 and the axial housing end are displaced into the flange connection. This results in a reduced axial length of the pump corresponding to the distance 44 in the connected state.
- the centering ring 26 does not comprise a protective or grating element spanning the inlet 34.
- a protective or grid element that is independent of the sealing element can also be provided, which is fastened, for example, to the carrier 36 and / or to the housing 22. The advantages of a protective element can thus be combined with the advantage of a large space saving.
- the 8 and 9 on the other hand show a turbomolecular pump with a flange 20 according to the first aspect for a centering ring 26 with a grid element 32 Fig. 8 the centering ring 26 prior to application to the sealing area 40 while Fig. 9 shows the centering ring 26 in the applied or installed state.
- An axial distance between the axial end of the vacuum device and the sealing area 40 is again designated 44 and is also negative here.
- the distance 44 is significantly smaller than in the embodiment according to FIG Fig. 7 , The distance 44 is selected here such that the centering ring 26 can be placed against the sealing area 40 despite the grid element 32.
- the distance 44 can also be zero or at most +2 mm or at most 3 mm or at most 4 mm.
- Fig. 9 it can be seen that, in the embodiment shown, the grid element 32 essentially abuts the axial end of the carrier 36 and the axial housing end. Basically, however, embodiments are also conceivable in which there is a distance between the grating element 32 and the axial end of the vacuum device or the carrier and / or housing end, but the axial space saving can be smaller.
- the axial support end 36 coincides with an axial end of the housing 22 facing the further vacuum device.
- the relevant ends can also have different axial positions, in particular the axial housing end can be arranged axially behind the carrier end from the point of view of the further vacuum device.
- the second aspect is in the 10 to 14 illustrated. It shows Fig. 10 a vacuum device designed as a turbomolecular pump of the prior art.
- at least one counter flange 46 is designed as an ISO-F flange.
- the turbomolecular pump according to Fig. 10 comprises a flange 20 which is arranged on a housing 22.
- the flange 20 surrounds an inlet 34 of the pump.
- a carrier 36 is arranged in the inlet and carries a functional element 38, which in turn is designed as a stator part of a magnetic bearing.
- the carrier 36 is connected in one piece to the housing 22 or the flange 20, but can in principle also, for example, as in FIGS 6 to 9 indicated in the drawing, be formed as a separate part.
- the flange 20 is connected to a counter flange 46, which is part of a housing 48 of a further vacuum device, which is otherwise not shown.
- the flanges 20 and 46 are of the ISO-F type.
- the flanges 20, 46 have through openings 50 for fastening elements 52.
- the through openings 50 and fastening elements 52 are distributed over the circumference of the bottle 20, 46 around a connecting axis 42 and define respective fastening points.
- a respective connecting element 52 is formed here by a screw 54 with a screw shaft 56 and by a corresponding nut 58.
- the flanges 20, 46 are braced against one another by the fastening element 52 or the screw 54 in connection with the nut 58, a sealing element, here a centering ring 26, being clamped in the axial direction.
- a sealing element here a centering ring 26
- an O-ring 28 of the centering ring 26 is compressed up to an axial height in accordance with the ring elements 30 adjacent to the O-ring.
- the forces introduced by the fastening elements 52 and the forces resulting therefrom are indicated by several arrows.
- the fastening elements 52 initially produce a tensile force along a respective fastening axis 60.
- centering ring 26 with its ring elements 30 is to be regarded as essentially fixed in the axial direction, this results in a certain deformation of the outer flange ends of the flanges 20, 46 towards one another, with a leverage effect between the fastening element 52 and the centering ring 26.
- the deformation of the flange ends towards one another can, on the one hand, cause problems with regard to vacuum tightness, since the accuracy of the centering ring 26 in contact with sealing regions 40 of the flanges 20, 46 is generally disturbed.
- the deformation of the flange 20 can result in a change in position or deformation of the carrier 36 and thus of the functional element 38, as is indicated by the downward-pointing arrow on the connecting axis 42.
- the axial positioning of the magnetic bearing inner ring and the rotor of the turbomolecular pump are thus disturbed, which can result in increased wear.
- FIG. 11 An embodiment of the invention according to the first aspect is in Fig. 11 shown.
- a sealing area 40 which extends circumferentially with respect to the connection axis 42 for bearing a sealing element 26 which is arranged between the flanges 20, 46 and which is arranged radially within the fastening points or axes 60 with respect to the connection axis 42.
- an axial projection 62 is provided on the flange 20 radially outside the sealing region 40, which has a contact surface 64 for the further flange 46.
- Fig. 10 shows that the projection 62 or the contact surface 64 support the outer ends of the flanges 20, 46 against each other, so that in There is essentially no deformation, primarily no bending around the sealing element or centering element 26.
- the accuracy of the contact of the sealing element 26 with the sealing area 40 is improved and, on the other hand, it prevents deformations or changes in position from occurring on components connected to the flanges 20, 46, in particular on the carrier 36.
- wear is reduced and the Lifespan increased because the axial position of the inner ring of the magnetic bearing and the rotor thus better meet the design requirements.
- Projection 62 and contact surface 64 extend in the radial direction from inside the fastening points 60 to outside the fastening points 60 and even to an outer end of the flanges 20, 46.
- the projection 62 or contact 64 can also only extend radially inside or outside the fastening points 60 extend, the latter variant below using the 13 and 14 is illustrated in more detail.
- Fig. 12 is the embodiment according to Fig. 11 illustrated in more detail in perspective view, counter flange 46 and fastening elements 52 are not shown.
- the view of the Fig. 12 corresponds to a look into the inlet 34 of the pump.
- the flange 20 with its contact surface 64 is visible.
- a plurality of through openings 50 are arranged distributed over the circumference of the flange 20.
- the through openings 50 are designed here as recesses open to the outside and as elongated holes.
- through openings 50 which are closed with respect to the outer edge would also be conceivable, for example.
- the flanges can in principle be free of through-openings, wherein clamp-like fastening elements can preferably be provided which encompass the flanges.
- the carrier 36 in the inlet 34 is also clearly visible. In this embodiment, this comprises three webs which extend between an inner wall of the housing 22 and a central region of the carrier 36. The central area carries the functional element 38.
- a carrier 36 is also referred to as a star.
- the centering ring 26 with its ring elements 30 and the O-ring 28 is inserted into the flange 20.
- Two grooves 66 are formed in the system 64, which extend from a radially inner end of the system 64 to a radially outer end of the system 64. In the present embodiment, the grooves 66 extend largely exactly radially. Another number of such grooves 66 can also be provided. The grooves 66 provide access for a leak detection gas to the sealing element or centering ring 26 and to the sealing area 40.
- FIG. 13 Another embodiment of a vacuum device, again designed as a turbomolecular pump, according to the second aspect is shown in Fig. 13 shown.
- This stands out in comparison to the embodiment of the Fig. 11 and 12 characterized in that an axial projection 62 of the flange 20 with its contact surface 64 for the counter flange 46 is only arranged radially outside the fastening points 60.
- the projection 62 and the contact surface 64 are arranged only on the outer edge of the flange 20, but an arrangement somewhat further inward with respect to the outer edge would also be conceivable.
- the axial projection 62 is connected in one piece to the flange 20, in particular by turning.
- the projection 62 is formed by a separate component.
- the separate component can, for example, be firmly connected to the flange 20, for example via an interference fit between the flange 20 and the illustrated, downwardly directed web of the separate one Component or projection 62.
- the separate component can only be applied to the flange 20. Nevertheless, it reliably supports the flange 46 according to the invention against the flange 20 with the contact surface 64.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumgerät, insbesondere Turbomolekularpumpe, umfassend einen Durchlass, nämlich einen Einlass oder einen Auslass; und einen Flansch zur vakuumdichten Verbindung des Durchlasses des Vakuumgerätes mit einem weiteren Vakuumgerät in einer Verbindungsrichtung entlang einer Verbindungsachse; wobei der Flansch einen sich um die Verbindungsachse umlaufend erstreckenden Dichtungsbereich zur Anlage eines Dichtungselements aufweist; wobei das Vakuumgerät radial innerhalb des Dichtungsbereichs in der Verbindungsrichtung ein in Bezug auf die Verbindungsachse axiales Ende aufweist.
- Die Erfindung betrifft weiter ein Vakuumgerät, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Flansch zur vakuumdichten Verbindung des Vakuumgeräts mit einem weiteren Flansch eines weiteren Vakuumgerätes, wobei der Flansch mehrere, über einen Umfang des Flansches verteilt angeordnete Befestigungspunkte, insbesondere mit Durchgangsöffnungen für jeweils zuzuordnende Befestigungselemente, aufweist, an denen der Flansch am weiteren Flansch befestigbar ist, wobei am Flansch ein in Bezug auf eine Verbindungsachse umlaufender Dichtungsbereich zur Anlage eines zwischen den Flanschen anzuordnenden Dichtungselements vorgesehen ist, wobei der Dichtungsbereich in Bezug auf die Verbindungsachse radial innerhalb der Befestigungspunkte angeordnet ist.
- Die Erfindung betrifft auch ein System mit einem Vakuumgerät und einem Dichtungselement und insbesondere mit einem weiteren Vakuumgerät und/oder wenigstens einem Befestigungselement.
- Eine hybridgelagerte Turbomolekularpumpe, die hier beispielhaft für Vakuumgeräte der eingangs genannten Arten betrachtet wird, hat an den beiden Rotorenden zwei unterschiedliche Lagerungsprinzipien: Vorvakuumseitig, wo höhere Drücke herrschen, wird ein geöltes oder fettgeschmiertes Kugellager eingesetzt. Auf der Hochvakuumseite hingegen, wo jegliche Kohlenwasserstoffe vermieden werden sollen, wird ein Permanentmagnetlager eingesetzt. Ein Statorteil dieses Permanentmagnetlagers muss auf irgendeine Art und Weise mit dem Pumpengehäuse verbunden werden, um seiner Aufgabe nachkommen zu können. In den allermeisten Konstruktionen wird der Statorteil durch den sogenannten Stern, also einen Träger im Einlass, mit dem Gehäuse der Pumpe verbunden. Für die Verbindung des Hochvakuumflansches der Turbopumpe mit einer Vakuumkammer werden genormte Flanschverbindungen bevorzugt. Bei einigen Arten wird zwischen beiden Flanschen zur Abdichtung ein O-Ring platziert. Zur besseren Handhabung und auch zur Abstützung des O-Rings befindet sich dieser meist radial zwischen zwei Aluminiumringen, von denen einer auch die zentrierende Funktion übernimmt. Diese Kombination aus O-Ring und Aluminiumringen heißt im allgemeinen vakuumtechnischen Sprachgebrauch "Zentrierring". Zusätzlich können im inneren der beiden Aluminiumringe noch gitterförmige Einlagen, z.B. ein Schutzgitter und/oder ein Splitterschutz, platziert sein, die ein Hineinfallen von Gegenständen in die Turbopumpe verhindern sollen. Diese sind oberhalb des Sterns angeordnet. Der Zentrierring, ggf. mit Schutzgitter oder Splitterschutz, ist ein allgemein verfügbares Bauteil und kann insbesondere aufgrund der Normung der Flansche von verschiedenen Vakuumkomponentenherstellern beigestellt werden.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flanschverbindung zwischen zwei Vakuumgeräten zu verbessern.
- Nach einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Vakuumgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass der Dichtungsbereich des Flansches bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes entgegen der Verbindungsrichtung axial zurückversetzt ist oder dass der Dichtungsbereich des Flansches an gleicher axialer Position wie das axiale Ende des Vakuumgerätes angeordnet ist oder dass der Dichtungsbereich des Flansches bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes in der Verbindungsrichtung axial um höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1,5 mm, insbesondere höchstens 1 mm, oder um höchstens 3 mm oder um höchstens 4 mm vorsteht.
- Hierdurch wird die axiale Baulänge des Vakuumgerätes reduziert. Gleichzeitig können aber insbesondere weiterhin handelsübliche und standardisierte Bauteile zur Verbindung mit dem Flansch Verwendung finden, insbesondere Zentrierringe, Befestigungselemente und/oder ein standardkonformer weiterer Flansch. Die Erfindung reduziert die axiale Baulänge des Vakuumgerätes auch dann, wenn der Dichtungsbereich vorsteht. Bezogen auf ein bestimmtes standardisiertes Dichtungselement, insbesondere auf einen standardisierten Zentrierring mit bestimmten axialen Abmessungen, braucht der Dichtungsbereich bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes aufgrund der Erfindung jedoch weniger weit vorstehen als im Stand der Technik.
- Eine standardisierte Flanschverbindung weist eine weitgehend feste axiale Baulänge auf. Der Dichtungsbereich ist erfindungsgemäß axial gegenüber dem axialen Ende des Vakuumgerätes zurückversetzt oder der Dichtungsbereich des Flansches ist an gleicher axialer Position wie das axiale Ende des Vakuumgerätes angeordnet oder der Dichtungsbereich des Flansches steht bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes in der Verbindungsrichtung axial um höchstens 2 mm oder um höchstens 3 mm oder um höchstens 4 mm vor. Hierdurch ist insbesondere die Flanschverbindung axial vom Durchlass weg und hin zu einem axialen Zentrum des Vakuumgerätes verschoben, und zwar außen am Gehäuse entlang. Die axiale Baulänge, die für die Flanschverbindung nötig ist, wird so zumindest zum Teil außen am Gehäuse abgedeckt, wo sie nicht zu einer axialen Verlängerung des Vakuumgeräts beiträgt. Mit anderen Worten ist das axiale Ende des Vakuumgerätes in Richtung der bzw. in die Flanschverbindung hinein verschoben. Ein Träger und auch die weiteren Komponenten des Vakuumgerätes können somit axial näher am weiteren Vakuumgerät angeordnet werden, sodass im Ergebnis axialer Bauraum eingespart wird, und zwar ohne die Kompatibilität mit den verfügbaren Standardflanschen und Zubehör, also Dichtungselementen und Befestigungselementen, aufzugeben.
- Bei dem Vakuumgerät kann es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe handeln. Der Durchlass kann insbesondere ein Einlass des Vakuumgerätes sein. Generell kann ein Vakuumgerät im Sinne der vorliegenden Anmeldung nicht nur als aktives Gerät ausgebildet sein, wie es beispielsweise bei einer Turbomolekularpumpe der Fall ist, sondern kann auch beispielsweise als passives Vakuumgerät ausgebildet sein. Ein passives Vakuumgerät kann beispielsweise ein Rohr, eine Vakuumkammer oder ein Ventil sein.
- Das axiale Ende des Vakuumgerätes ist beispielsweise durch ein im Durchlass angeordnetes Bauteil definiert. Dies kann beispielsweise ein Träger für ein Funktionselement des Vakuumgerätes sein. Das vom Träger gehaltene Funktionselement kann beispielsweise eine Komponente eines Lagerelements, insbesondere eines Magnetlagers, insbesondere ein Statorteil und/oder Innenring, sein.
- Das axiale Ende des Vakuumgerätes kann auch durch ein den Durchlass definierendes Bauteil definiert sein. Dies ist beispielsweise das Gehäuse des Vakuumgerätes und/oder ein einstückig mit dem Flansch ausgebildeter Bereich.
- Es ist auch möglich, dass das axiale Ende von einem im Durchlass angeordneten Bauteil und das axiale Ende von einem den Durchlass definierenden Bauteil axial zusammenfallen, sodass beide das axiale Ende des Vakuumgerätes bilden.
- Generell bezieht sich der Begriff Bauteil nicht notwendigerweise auf ein von anderen Bauteilen separates Teil. So kann beispielsweise der Durchlass vom Gehäuse definiert sein, welches auch einen einstückig angebundenen Flansch umfasst. Auch kann beispielsweise ein im Durchlass angeordnetes Bauteil entweder separat oder einstückig mit dem den Durchlass definierenden Bauteil, insbesondere dem Gehäuse verbunden sein. So kann beispielsweise ein Bauteil, insbesondere ein Träger für ein Funktionselement, im Durchlass angeordnet sein und einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein, oder eben auch separat hiervon ausgeführt sein.
- Gemäß einer Ausführungsform kann ein im Durchlass angeordnetes Bauteil, wie etwa ein Träger, an einer Innenseite des den Durchlass definierenden Bauteils, insbesondere des Gehäuses, festgelegt sein, und beispielsweise durch eine Schulter des Bauteils axial gehalten sein.
- Erfindungsgemäß ist der Dichtungsbereich gegenüber dem axialen Ende des Vakuumgerätes zurückversetzt, an gleicher axialer Position angeordnet oder steht um höchstens 2 mm oder um höchstens 3 mm oder um höchstens 4 mm vor, wobei das axiale Ende des Vakuumgerätes radial innerhalb des Dichtungsbereichs definiert ist. Das Vakuumgerät kann also radial jenseits des Dichtungsbereichs bzw. der Flanschverbindung prinzipiell beliebig ausgestaltet sein und beispielsweise jenseits des Dichtungsbereiches axial über diesen hinausragen. Aber gerade die Verschiebung des radial inneren axialen Endes in Richtung der bzw. in die Flanschverbindung hinein bzw. das Zurückversetzen der Flanschverbindung gegenüber diesem axialen Ende bewirkt die vorteilhafte Einsparung von axialem Bauraum. Insoweit sich im Weiteren auf ein axiales Ende bezogen wird, ist daher dasjenige radial innerhalb des Dichtungsbereichs gemeint, sofern es nicht anders angegeben ist.
- Der Dichtungsbereich ist insbesondere als ebene Ringfläche ausgebildet, welche insbesondere senkrecht zur Verbindungsachse und/oder Verbindungsrichtung verläuft. Grundsätzlich kann der Dichtungsbereich beispielsweise durch einen Zentrierabsatz, insbesondere für einen Zentrierbereich eines als Zentrierring ausgebildeten Dichtungselementes, radial begrenzt sein.
- Die Verbindungsrichtung beschreibt die Richtung, die von dem Vakuumgerät zum weiteren, anzubindenden Vakuumgerät hin, insbesondere entlang der Verbindungsachse, verläuft. Der Dichtungsbereich ist bevorzugt entgegen der Verbindungsrichtung zurückversetzt, ist also aus Sicht des weiteren Vakuumgerätes bevorzugt axial hinter dem axialen Ende des beanspruchten Vakuumgerätes angeordnet.
- Der axiale Abstand zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und einem zurückversetzten Dichtungsbereich kann gemäß einer Weiterbildung wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, insbesondere wenigstens 15 mm, betragen. Die Flanschverbindung wird hierdurch besonders weit axial zurückversetzt und die Einsparung an axialem Bauraum ist entsprechend groß.
- Gemäß einer alternativen Variante mit zwar geringerer Bauraumeinsparung aber besserer Kompatibilität ist vorgesehen, dass der axiale Abstand zwischen dem Ende des Vakuumgerätes und einem zurückversetzten Dichtungsbereich höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm beträgt.
- Im Rahmen dieser Anmeldung wird ein Dichtungselement für die Flanschverbindung zum Zwecke der eindeutigen Bezugnahme nicht als Teil des Vakuumgerätes betrachtet, insbesondere da solche Dichtungselemente häufig unabhängig von Vakuumgeräten vertrieben werden. Schließlich handelt es sich meist um standardisierte Bauteile.
- Gleichwohl umfasst die Erfindung Ausführungsformen, die das Dichtungselement in Bezug nehmen, weshalb allgemein auch ein System umfassend ein Vakuumgerät nach einer der vorstehend beschriebenen Varianten und ein Dichtungselement in oder zur Anlage am Dichtungsbereich des Vakuumgerätes beansprucht wird. Insoweit sich im Folgenden auf ein Dichtungselement bezogen wird, ist grundsätzlich eine Ausführungsform des Systems gemeint.
- Insbesondere im Rahmen des Systems kann der Dichtungsbereich des Flansches bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes in der Verbindungsrichtung axial auch um mehr als 2 mm vorstehen, d.h. auch derartige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Erfindung und werden beansprucht. Dabei weist das Dichtungselement ein entgegen der Verbindungsrichtung gerichtetes axiales Ende auf, welches an gleicher axialer Position wie das axiale Ende des Vakuumgerätes oder gegenüber diesem axial zurückversetzt ist. Hierdurch wird der erfindungsgemäße Bauraumgewinn insbesondere auch bei größeren Dichtungselementen vorteilhaft erreicht.
- Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit dem Dichtungselement ein Schutzelement, insbesondere Gitterelement, verbunden ist, welches den Einlass überspannt. Der Dichtungsbereich kann generell derart axial angeordnet sein, dass ein Dichtungselement, mit welchem ein den Einlass überspannendes Schutzelement verbunden ist, an den Dichtungsbereich anlegbar ist. Somit ist sichergestellt, dass auch Standardbauteile mit Schutzelement Verwendung finden können, sodass die Pumpe zuverlässig vor dem Eindringen von Fremdkörpern geschützt werden kann. Dennoch wird ein, wenn auch im Verhältnis zu anderen Ausführungsformen relativ kleiner, axialer Gewinn von Bauraum realisiert. Grundsätzlich können aber schon wenige Millimeter an Bauraumverkleinerung zu einer erheblich verbesserten Handhabung des Vakuumgerätes führen. Bei dem Schutzelement kann es sich beispielsweise um ein Gitterelement, Schutzgitter und/oder einen Splitterschutz handeln.
- Grundsätzlich kann ein Schutzelement am Vakuumgerät selbst vorgesehen sein, sodass die axiale Zurückversetzung des Dichtungsbereichs größer ausfallen kann und mehr Bauraum eingespart wird, weil es nicht nötig ist, dass am Dichtungselement ein Schutzelement angeordnet ist.
- Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Dichtungselement eine axiale Dicke im Einbau in der Flanschverbindung auf, wobei der axiale Abstand zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich höchstens die Hälfte der Dicke des Dichtungselements beträgt. Dies verbessert ebenfalls die Kompatibilität mit Standardbauteilen.
- Das Dichtungselement kann gemäß einem vorteilhaften Beispiel von einem Zentrierring gebildet sein. Grundsätzlich kann das Dichtungselement beispielsweise eine Elastomerdichtung und/oder einen O-Ring umfassen. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise auch eine Metalldichtung als Dichtungselement verwendbar.
- Das axiale Ende des Vakuumgerätes ist bevorzugt nicht nur radial innerhalb des Dichtungsbereichs, sondern auch radial innerhalb des Dichtungselements definiert.
- Der Flansch ist bevorzugt an einem Gehäuse des Vakuumgeräts angeordnet, insbesondere einteilig mit diesem verbunden, zum Beispiel verschweißt oder aus einem gemeinsamen Rohteil hergestellt. Das Gehäuse definiert insbesondere den Durchlass.
- Ein axiales Ende eines Gehäuses des Vakuumgerätes kann bevorzugt in seiner axialen Position derjenigen eines im Durchlass angeordneten Bauteils entsprechen oder gegenüber diesem entgegen der Verbindungsrichtung axial zurückversetzt sein. Insbesondere kann in axialer Richtung das axiale Gehäuseende zwischen dem axialen Ende des im Durchlass angeordneten Bauteils und dem Dichtungsbereich angeordnet sein.
- Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe auch durch ein Vakuumgerät nach Anspruch 5 gelöst, und insbesondere dadurch, dass in Bezug auf die Verbindungsachse radial außerhalb des Dichtungsbereichs ein axialer Vorsprung am Flansch vorgesehen ist, der eine Anlagefläche für den weiteren Flansch bildet.
- Der Vorsprung und die Anlagefläche bewirken eine Stützung der Flanschverbindung. Hierdurch wird eine Verformung der Flansche sowie von hiermit verbundenen Bauteilen, insbesondere einem Träger für ein Funktionselement, beispielsweise nach oben beschriebener Art, infolge einer Krafteinleitung bei der Herstellung der Verbindung verringert. Dies führt zu besser beherrschbaren Toleranzen im Verbindungsbereich, was einerseits die Vakuumdichtigkeit der Flanschverbindung und andererseits die Lebensdauer von Funktionselementen verbessern kann. Grundsätzlich ist die Anlage zusätzlich und separat zum Dichtungselement, insbesondere Zentrierring, vorgesehen, sodass durch die Anlage ein kippendes Verformen wenigstens eines Flansches an dem Dichtungselement vermieden wird.
- Bei einem beispielhaften Vakuumgerät, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, ist eine Flanschverbindung des Typs ISO-F, insbesondere nach ISO 1609 oder DIN 28404, vorgesehen, wobei der Flansch mit einem Zentrierring an einem weiteren Flansch befestigt werden soll. Der weitere Flansch kann allgemein auch als Gegenflansch bezeichnet werden. Beim Anziehen von Befestigungselementen, wie etwa Befestigungsschrauben, kann es zu einer Verformung von Flansch und Gegenflansch kommen. Der Zentrierring ist dabei der Drehpunkt des Hebels. Dies kann über einen Träger oder Stern zu einer Verschiebung eines Funktionselements, wie etwa eines Permanentmagnetlagers, führen. Durch die nicht mehr optimale Positionierung der Lagerungsstellen des Rotors kann dies zu erhöhtem Verschleiß eines Kugellagers und erhöhter Geräuschemission der Pumpe führen.
- Der der Erfindung zugrunde liegende Lösungsansatz vermindert, insbesondere verhindert, eine Verformung der Flansche. Bei der im vorstehenden Absatz beschriebenen Turbomolekularpumpe kann somit insbesondere ein genauerer Sitz des Rotors der Pumpe in seinen Lagerstellen gewährleistet werden. Dazu werden Flansch und Gegenflansch außerhalb von Befestigungspunkten oder Krafteinleitungspunkten, insbesondere außerhalb des Dichtungsbereichs und/oder des Sitzes eines Zentrierringes, durch die Anlagefläche des Vorsprungs gegeneinander abgestützt, bevorzugt um mindestens die axiale Dicke des Zentrierringes, insbesondere aber um weniger als die unbelastete Dicke eines im Zentrierring befindlichen O-Rings. Der Flansch wird also gewissermaßen durch den Vorsprung in Richtung des Gegenflansches verlängert. Insbesondere liegen damit die nicht verformbaren Elemente des Zentrierrings in einer zurückgesetzten Ausnehmung am vom Flansch definierten Durchlass, insbesondere Einlass. Die Ausnehmung kann beispielsweise auf einfache Weise durch Drehen eingebracht sein.
- Die Erfindung sieht also insbesondere vor, dass der Flansch mit seiner Anlagefläche direkt am Gegenflansch oder zumindest an einem den Gegenflansch abstützenden Bauteil anliegt. Somit wird eine Verformung der Flansche und hiermit verbundener Komponenten verringert, insbesondere vermieden, und zwar insbesondere unabhängig von einer Kraft wenigstens eines Befestigungselements, insbesondere einem Anzugsmoment von Befestigungsschrauben. Die Anlagefläche bildet insbesondere ein Gegenlager für den Hebel zwischen Befestigungspunkt und Dichtungselement, insbesondere Zentrierring. Ein bevorzugt im Zentrierring befindlicher O-Ring ist insbesondere dicker als die axiale Höhe der Anlagefläche in Bezug auf den Dichtungsbereich bzw. des Vorsprungs. Somit wird die Verbindung dennoch zuverlässig abgedichtet.
- Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anlagefläche und/oder der Vorsprung radial außerhalb der Befestigungspunkte vorgesehen ist, nicht notwendigerweise aber optional ausschließlich dort. Hierdurch wird die Abstützung des Gegenflansches weiter verbessert. Insbesondere wird so ein Hebel zwischen Befestigungselement und Dichtungselement besonders zuverlässig abgestützt.
- Der Vorsprung kann beispielsweise um die Verbindungsachse umlaufend oder durch mehrere, insbesondere über den Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge gebildet sein. Grundsätzlich kann der Vorsprung beispielsweise als Steg ausgebildet sein.
- Grundsätzlich kann ein Vorsprung bzw. eine Anlagefläche nicht nur radial außerhalb des Dichtungsbereichs bzw. der Befestigungspunkte angeordnet sein. Es kann beispielsweise auch radial innerhalb der Befestigungspunkte eine Anlagefläche und/oder ein Vorsprung vorgesehen sein oder Anlage und/oder Vorsprung können sich von radial außerhalb der Befestigungspunkte nach radial innerhalb erstrecken.
- Ferner können sich Anlagefläche und/oder Vorsprung radial im Bereich eines Befestigungselements, insbesondere eines Schraubenschaftes, befinden und/oder auch radial außerhalb und/oder innerhalb hiervon angeordnet sein. Als Befestigungspunkte sind grundsätzlich die Punkte zu betrachten, welche durch den Schnittpunkt einer Achse eines jeweiligen Befestigungselements mit der Verbindungsebene, welche senkrecht zur Verbindungsachse verläuft, definiert sind. Dabei ist die axiale Position des Punktes bzw. der Ebene von untergeordneter Bedeutung ist. Vereinfacht kann auch von radial außerhalb bzw. innerhalb von Achsen der Befestigungselemente gesprochen werden. Die Achse und/oder ein Schraubenschaft können also grundsätzlich selbst radial vom Vorsprung bzw. der Anlagefläche freigestellt sein oder nicht. Beispielsweise können die Befestigungspunkte oder -achsen von Durchgangsöffnungen im Flansch und/oder zuzuordnenden Befestigungselementen definiert sein.
- Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn sich die Anlagefläche bis zu einem radialen Außenrand des Flansches erstreckt, insbesondere nur am radialen Außenrand angeordnet ist und/oder vom Dichtungsbereich und/oder Befestigungspunkt oder - element, insbesondere einer Befestigungsachse hiervon oder einem Schraubenschaft, radial beabstandet ist.
- Die Anlagefläche und/oder der Vorsprung können beispielsweise einstückig mit dem Flansch verbunden sein oder durch ein hiervon separates Bauteil gebildet sein. Beispielsweise kann der Vorsprung oder Steg als separater Ring ausgebildet sein. Die separate Anlage kann vom Kunden flexibel entfernt werden, z.B. wenn er auf einen Zentrierring verzichten möchte, weil z.B. der Gegenflansch eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungselementes besitzt.
- Beispielsweise kann die Anlagefläche bezüglich des Dichtungsbereichs, insbesondere in einer Verbindungsrichtung, axial vorstehend angeordnet sein. Dabei ist die Anlagefläche vorteilhafter Weise axial zwischen dem Dichtungsbereich und einem zu verbindenden Vakuumgerät angeordnet.
- Bei einer Weiterbildung beträgt ein axialer Abstand zwischen der Anlage und dem Dichtungsbereich mindestens 3,7 mm und höchstens 4,1 mm, insbesondere 3,9 mm, oder mindestens 5,4 mm und höchstens 5,8 mm, insbesondere 5,6 mm. Hierdurch werden eine besonders gute Abstützung und besonders geringe Flanschverformung bei gleichzeitig guter Dichtwirkung bewirkt.
- Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung in Bezug auf die Verbindungsachse im Wesentlichen umlaufend ausgebildet ist, wobei eine Öffnung in dem Vorsprung oder eine Nut in der Anlagefläche vorgesehen ist, welche sich von einem radial inneren Ende des Vorsprungs bzw. der Anlagefläche zu einem radial äußeren Ende des Vorsprungs bzw. der Anlagefläche erstreckt. Hierdurch wird die Lecksuche erheblich vereinfacht. Wenn Flansch und Gegenflansch umlaufend direkt aneinander liegen, kann das Lecksuchgas nicht mehr so einfach unmittelbar zu dem Dichtungsbereich und dem Dichtungselement gelangen. Die Öffnung oder Nut ermöglicht auf einfache Weise einen Zugang für das Lecksuchgas zu dem Dichtungsbereich.
- Auch zum zweiten Aspekt wird generell ein System umfassend ein Vakuumgerät nach zumindest einer der vorstehend beschriebenen Varianten und ein Dichtungselement in oder zur Anlage am Dichtungsbereich des Vakuumgerätes beansprucht. Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein axialer Abstand zwischen der Anlagefläche und dem Dichtungsbereich einer axialen Dicke oder Höhe des Dichtungselements im Einbau in der Flanschverbindung entspricht. Hierdurch wird eine besonders geringe Verformung des Flansches und angebundener Bauteile erreicht. Allgemein kann der axiale Abstand einer axialen Höhe eines festen Teils eines, insbesondere als Zentrierring ausgebildeten, Dichtungselements entsprechen. Grundsätzlich kann der axiale Abstand beispielsweise auch der axialen Höhe einer Metalldichtung entsprechen.
- Der Flansch kann beispielsweise mit einem Gehäuse des Vakuumgeräts verbunden sein, wobei bevorzugt der Flansch einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Hierbei entfalten sich die erfindungsgemäßen Vorteile in besonders hohem Maße.
- Bevorzugt kann es sich beim Flansch um einen Einlassflansch des Vakuumgeräts, insbesondere einer Vakuumpumpe, handeln. Hier wirkt sich insbesondere die verbesserte Vakuumdichtigkeit wegen der im Vergleich zum Auslass niedrigen Drücke positiv aus.
- Das Dichtungselement kann also insbesondere von einem Zentrierring gebildet sein, wobei insbesondere der Zentrierring ein verformbares Dichtorgan, bevorzugt einen O-Ring, sowie einen zumindest im Wesentlichen starren Halter für das Dichtorgan umfasst. Alternativ kann das Dichtungselement beispielsweise als Metalldichtung ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Dichtungselement um ein Standardbauteil handeln.
- Die erfindungsgemäßen Vorteile entfalten sich in besonderem Maße, wenn das Vakuumgerät als Turbomolekularpumpe mit einem Lagerelement, insbesondere Magnetlager, ausgebildet ist, wobei ein Träger für eine Komponente des Lagerelements mit dem Flansch und/oder mit einem Gehäuse der Turbomolekularpumpe verbunden ist. Die erfindungsgemäße Verringerung der Flanschverformung wirkt sich hier besonders verbessernd auf die Lebensdauer der Pumpe aus, da die Rotorpositionierung weitgehend exakt beibehalten werden kann.
- Die beschriebenen Aspekte der Erfindung lassen sich auch vorteilhaft miteinander kombinieren. Außerdem können die zu den beiden Aspekten beschriebenen Ausführungsformen und Einzelmerkmale, soweit sinnvoll möglich, auch zur Weiterbildung des jeweils anderen Aspektes herangezogen werden.
- Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein System nach Anspruch 15 gelöst bzw. ein System, welches ein Vakuumgerät nach einem der vorstehend beschriebenen Aspekte, bevorzugt nach einer dazu beschriebenen Ausführungsform, mit einem Flansch, und ein Dichtungselement in oder zur Anlage am Dichtungsbereich des Vakuumgerätes umfasst. Als Vakuumgerät können wiederum beispielsweise aktive und passive Vakuumgeräte zum Einsatz kommen.
- Das System kann ferner ein weiteres anzubindendes oder angebundenes Vakuumgerät mit einem weiteren Flansch bzw. Gegenflansch umfassen. Das System kann ferner wenigstens ein Befestigungselement zur Befestigung des Flansches des Vakuumgerätes am weiteren Flansch des weiteren Vakuumgerätes, insbesondere einen Satz von Befestigungselementen, umfassen. Das Dichtungselement kann insbesondere dazu ausgebildet sein, zwischen jeweiligen, gegenüberliegenden Dichtungsbereichen der Flansche, insbesondere komprimiert, angeordnet zu werden, oder derart angeordnet sein.
- 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, - Fig. 6 bis 9
- jeweils eine Turbomolekularpumpe mit einem Einlassflansch in einer geschnittenen Teilansicht zur Illustrierung des ersten Aspekts der Erfindung,
- Fig. 10 bis 14
- jeweils eine Turbomolekularpumpe mit einem Einlassflansch zur Illustrierung des zweiten Aspekts der Erfindung.
- Die in
Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann. - Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß
Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125. 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. - 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 ) vordem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, gebracht 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. - 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. - 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.
- 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. 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 163, 165 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. 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 Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 203 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, da 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.
- In der
Fig. 6 ist eine Turbomolekularpumpe des Standes der Technik in geschnittener Ansicht dargestellt. Dabei ist eine Teilansicht gewählt, die einen Einlassflansch 20 zeigt. Der Flansch 20 ist Teil eines Gehäuses 22 und dient der Verbindung mit einem weiteren, nicht dargestellten Vakuumgerät, zum Beispiel einer Vakuumkammer. - Der Flansch 20 ist in diesem Beispiel als ISO-K-Flansch ausgebildet. Er wird mit einem weiteren Flansch des zu verbindenden, nicht dargestellten Vakuumgerätes über separate, ebenfalls nicht dargestellte Befestigungselemente verbunden, welche die Flansche nach Art einer Klammer umgreifen. Dabei hintergreift ein jeweiliges Befestigungselement einen umlaufenden Vorsprung 24 des Flansches 20.
- An dem Flansch 20 liegt ein Zentrierring 26 an. Dieser umfasst einen O-Ring 28, der radial zwischen zwei festen, insbesondere metallischen, Ringelementen 30 eingefasst ist. Der Zentrierring 26 bildet somit ein Dichtungselement für die Flanschverbindung. Der Zentrierring 26 umfasst ferner ein als Gitterelement 32 ausgebildetes Schutzelement, welches einen vom Flansch 20 definierten Einlass 34 überspannt, damit ein Inneres der Pumpe vor Fremdkörpern geschützt ist.
- Im Einlass 34 befindet sich ein Träger 36, welcher ein Funktionselement 38, hier einen statischen Teil eines Lagers und konkret einen Satz von inneren Permanentmagneten eines Magnetlagers, trägt. Der Träger 36 ist dabei am Gehäuse 22 abgestützt und zwar an einer Innenseite desselben. Axial ist der Träger 36 an einer den Durchlass 34 einfassenden Schulter des Gehäuses 22 festgelegt.
- Der Zentrierring 26 liegt mit seinen Ringelementen 30 und dem O-Ring 28 an einem Dichtungsbereich 40 des Flansches 20 an. Der Dichtungsbereich 40 definiert eine umlaufende Ringfläche, die einem weiteren, nicht dargestellten Flansch eines anzubindenden Vakuumgeräts zugewandt ist. Auch der weitere Flansch umfasst einen korrespondierenden Dichtungsbereich.
- Der Flansch 20 definiert eine zum Flansch konzentrische Verbindungsachse 42. Eine Verbindungsrichtung 43 verläuft entlang der Verbindungsachse 42 und vom gezeigten Vakuumgerät hin zum weiteren, nicht darstellten Vakuumgerät, also in der Richtung, in der das Vakuumgerät an das weitere Vakuumgerät angebracht wird.
- Der Dichtungsbereich 40 erstreckt sich in einer Ebene, die senkrecht zu der Verbindungsachse 42 verläuft. Die Verbindungsachse 42 fällt in diesem Beispiel und generell vorteilhaft mit einer Rotorachse der Pumpe zusammen.
- Zwischen dem Dichtungsbereich 40 und einem axialen, dem weiteren Vakuumgerät zugewandten Ende des Trägers 36 ist ein axialer Abstand 44 vorhanden, welcher hier als positiv verstanden wird und mit "+" gekennzeichnet ist.
- In
Fig. 7 ist eine Turbomolekularpumpe mit einem Flansch 20 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gezeigt. Ein Dichtungsbereich 40 des Flansches 20 ist bezüglich eines axialen Endes des Vakuumgerätes entgegen der Verbindungsrichtung 43 axial zurückversetzt. Das axiale Ende das Vakuumgerätes ist axial zwischen dem weiteren, nicht dargestellten Vakuumgerät und dem Dichtungsbereich 40 des Flansches 20 angeordnet. Das axiale Ende des Vakuumgerätes ist in diesem Beispiel sowohl vom Träger 36 als auch vom Gehäuse 22 bzw. einem den Durchlass 34 begrenzenden Abschnitt desselben gebildet, da beide ihr axiales Ende auf gleicher axialer Höhe aufweisen. - Der axiale Abstand 44 zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich 40 ist somit im Vergleich zur Vakuumpumpe gemäß
Fig. 6 negativ und daher mit "-" bezeichnet. Der Dichtungsbereich 40 bzw. der Flansch 20 sind also gegenüber dem axialen Ende des Vakuumgerätes zurückversetzt angeordnet. Mit anderen Worten sind der Dichtungsbereich 40 und der Flansch 20 im Vergleich zwischen denFig. 6 und 7 am Gehäuse 22 entlang nach unten verschoben. Umgekehrt sind der Träger 36 und das axiale Gehäuseende in die Flanschverbindung hinein verschoben. Es ergibt sich somit eine dem Abstand 44 entsprechende, verringerte axiale Länge der Pumpe im verbundenen Zustand. - Der Zentrierring 26 umfasst in dieser Ausführungsform kein den Einlass 34 überspannendes Schutz- oder Gitterelement. In solchen Ausführungsformen, in denen kein Schutzelement notwendig ist, kann somit eine besonders große Einsparung an axialem Bauraum erreicht werden. Grundsätzlich kann aber auch ein vom Dichtungselement unabhängiges Schutz- oder Gitterelement vorgesehen sein, welches beispielsweise am Träger 36 und/oder am Gehäuse 22 befestigt ist. So können die Vorteile eines Schutzelements mit dem Vorteil einer großen Bauraumeinsparung verbunden werden.
- Die
Fig. 8 und 9 zeigen hingegen eine Turbomolekularpumpe mit einem Flansch 20 gemäß dem ersten Aspekt für einen Zentrierring 26 mit Gitterelement 32. Dabei zeigtFig. 8 den Zentrierring 26 vor dem Anlegen an den Dichtungsbereich 40, währendFig. 9 den Zentrierring 26 im angelegten bzw. eingebauten Zustand zeigt. - Ein axialer Abstand zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich 40 ist wiederum mit 44 bezeichnet und ist auch hier negativ. Der Abstand 44 ist jedoch deutlich kleiner als in der Ausführungsform gemäß
Fig. 7 . Der Abstand 44 ist hier so gewählt, dass der Zentrierring 26 trotz des Gitterelements 32 an den Dichtungsbereich 40 anlegbar ist. - Der Abstand 44 kann in anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen auch Null sein oder höchstens +2 mm oder höchstens 3 mm oder höchstens 4 mm betragen.
- Bei der Ausführungsform der
Fig. 8 und 9 wird also gleichzeitig die Kompatibilität mit einem Dichtungselement bzw. Zentrierring 26 mit Gitterelement beibehalten und dennoch eine, wenn auch gegenüberFig. 7 geringere, Bauraumeinsparung in axialer Richtung erreicht. - In
Fig. 9 ist ersichtlich, dass in der gezeigten Ausführungsform das Gitterelement 32 im Wesentlichen an dem axialen Ende des Trägers 36 und am axialen Gehäuseende anliegt. Grundsätzlich sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen zwischen Gitterelement 32 und axialem Ende des Vakuumgerätes bzw. Träger- und/oder Gehäuseende ein Abstand verbleibt, wobei jedoch die axiale Bauraumeinsparung kleiner ausfallen kann. - In den Ausführungsformen gemäß den
Fig. 7 bis 9 fällt das axiale Trägerende 36 jeweils mit einem axialen, dem weiteren Vakuumgerät zugewandten Ende des Gehäuses 22 zusammen. Dies ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr können die betreffenden Enden auch unterschiedliche axiale Positionen aufweisen, insbesondere kann das axiale Gehäuseende aus Sicht des weiteren Vakuumgerätes axial hinter dem Trägerende angeordnet sein. - Der zweite Aspekt ist in den
Fig. 10 bis 14 illustriert. Dabei zeigtFig. 10 ein als Turbomolekularpumpe ausgebildetes Vakuumgerät des Standes der Technik. In allen Ausführungsformen derFig. 10 bis 14 ist beispielhaft zumindest ein Gegenflansch 46 als ISO-F-Flansch ausgebildet. - Die Turbomolekularpumpe gemäß
Fig. 10 umfasst einen Flansch 20, der an einem Gehäuse 22 angeordnet ist. Der Flansch 20 umgibt einen Einlass 34 der Pumpe. Im Einlass ist ein Träger 36 angeordnet, der ein Funktionselement 38 trägt, welches hier wiederum als Statorteil eines Magnetlagers ausgebildet ist. Der Träger 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Gehäuse 22 bzw. dem Flansch 20 verbunden, kann grundsätzlich jedoch auch beispielsweise wie in denFig. 6 bis 9 zeichnerisch angedeutet als separates Teil ausgebildet sein. - Der Flansch 20 ist mit einem Gegenflansch 46 verbunden, der Teil eines Gehäuses 48 eines weiteren, ansonsten nicht dargestellten Vakuumgerätes ist. Bei den Flanschen 20 und 46 handelt es sich um eine Ausführung des Typs ISO-F. Die Flansche 20, 46 weisen dabei Durchgangsöffnungen 50 für Befestigungselemente 52 auf. Die Durchgangsöffnungen 50 und Befestigungselemente 52 sind über den Umfang der Flasche 20, 46 um eine Verbindungsachse 42 herum verteilt angeordnet und definieren jeweilige Befestigungspunkte.
- Ein jeweiliges Verbindungselement 52 ist hier durch eine Schraube 54 mit einem Schraubenschaft 56 und durch eine korrespondierende Mutter 58 gebildet. Durch das Befestigungselement 52 bzw. die Schraube 54 in Verbindung mit der Mutter 58 werden die Flansche 20, 46 gegeneinander verspannt, wobei ein Dichtungselement, hier ein Zentrierring 26, in axialer Richtung eingespannt wird. Dabei wird hier ein O-Ring 28 des Zentrierrings 26 bis zu einer axialen Höhe gemäß den dem O-Ring benachbarten Ringelementen 30 komprimiert.
- Durch mehrere Pfeile sind die durch die Befestigungselemente 52 eingebrachten Kräfte und hieraus resultierende Kräfte angedeutet. Die Befestigungselemente 52 bewirken zunächst eine Zugkraft entlang einer jeweiligen Befestigungsachse 60.
- Da der Zentrierring 26 mit seinen Ringelementen 30 in axialer Richtung als im Wesentlichen fest zu betrachten ist, resultiert eine gewisse Verformung der äußeren Flanschenden der Flansche 20, 46 zueinander hin, wobei sich zwischen Befestigungselement 52 und Zentrierring 26 eine Hebelwirkung ergibt.
- Die Verformung der Flanschenden zueinander hin kann einerseits Probleme in Bezug auf die Vakuumdichtigkeit verursachen, da die Genauigkeit der Anlage des Zentrierrings 26 an Dichtungsbereichen 40 der Flansche 20, 46 generell gestört ist. Außerdem kann sich die Verformung des Flansches 20 in einer Lageänderung oder Verformung des Trägers 36 und damit des Funktionselements 38 ergeben, wie es durch den nach unten gerichteten Pfeil auf der Verbindungsachse 42 angedeutet ist. Im vorliegenden Beispiel werden somit die axiale Positionierung des Magnetlagerinnenrings sowie des Rotors der Turbomolekularpumpe gestört, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge haben kann.
- Eine Ausführungsform der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt ist in
Fig. 11 gezeigt. Am Flansch 20 sind mehrere über den Umfang des Flansches 20 verteilt angeordnete Befestigungspunkte bzw. -achsen 60 mit Durchgangsöffnungen 50 für jeweils zugeordnete Befestigungselemente 52 angeordnet, mittels denen der Flansch 20 am Gegenflansch 46 befestigt ist. Außerdem ist am Flansch 20 ein sich in Bezug auf die Verbindungsachse 42 umlaufend erstreckender Dichtungsbereich 40 zur Anlage eines zwischen den Flanschen 20, 46 angeordneten Dichtungselements 26 vorgesehen, der in Bezug auf die Verbindungsachse 42 radial innerhalb der Befestigungspunkte bzw. -achsen 60 angeordnet ist. Dabei ist in Bezug auf die Verbindungsachse 42 radial außerhalb des Dichtungsbereichs 40 ein axialer Vorsprung 62 am Flansch 20 vorgesehen, der eine Anlagefläche 64 für den weiteren Flansch 46 aufweist. - Im Vergleich mit
Fig. 10 zeigt sich, dass der Vorsprung 62 bzw. die Anlagefläche 64 die äußeren Enden der Flansche 20, 46 gegeneinander abstützen, so dass im Wesentlichen keine Verformung, vornehmlich kein Verbiegen um das Dichtungselement bzw. Zentrierelement 26, erfolgt. Somit ist einerseits die Genauigkeit der Anlage des Dichtungselements 26 am Dichtungsbereich 40 verbessert und andererseits wird verhindert, dass Verformungen oder Lageänderungen an mit den Flanschen 20, 46 verbundenen Bauteilen erfolgen, insbesondere am Träger 36. Somit wird bei der gezeigten Turbomolekularpumpe der Verschleiß verringert und die Lebensdauer erhöht, da die axiale Position von Magnetlagerinnenring und Rotor hierdurch besser den konstruktiven Vorgaben entsprechen. - Im Beispiel gemäß
Fig. 11 erstrecken sich Vorsprung 62 und Anlagefläche 64 in radialer Richtung von innerhalb der Befestigungspunkte 60 bis außerhalb der Befestigungspunkte 60 und sogar bis zu einem Außenende der Flansche 20, 46. Alternativ können sich Vorsprung 62 bzw. Anlage 64 auch lediglich radial innerhalb oder außerhalb der Befestigungspunkte 60 erstrecken, wobei letztere Variante noch unten anhand derFig. 13 und 14 näher veranschaulicht wird. - In
Fig. 12 ist die Ausführungsform gemäßFig. 11 in perspektivischer Darstellung näher veranschaulicht, wobei Gegenflansch 46 und Befestigungselemente 52 nicht dargestellt sind. Die Ansicht derFig. 12 entspricht einem Blick in den Einlass 34 der Pumpe hinein. Dabei ist der Flansch 20 mit seiner Anlagefläche 64 sichtbar. - Über den Umfang des Flansches 20 verteilt sind mehrere Durchgangsöffnungen 50 angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 50 sind hier als nach außen hin offene Ausnehmungen und als Langlöcher ausgebildet. Es wären jedoch beispielsweise auch gegenüber dem Außenrand geschlossene Durchgangsöffnungen 50 denkbar. Auch können die Flansche grundsätzlich frei von Durchgangsöffnungen sein, wobei bevorzugt klammerartige Befestigungselemente vorgesehen sein können, die die Flansche umgreifen.
- Der Träger 36 im Einlass 34 ist ebenfalls gut sichtbar. Dieser umfasst in dieser Ausführungsform drei Stege, die sich zwischen einer Innenwand des Gehäuses 22 und einem Zentralbereich des Trägers 36 erstrecken. Der Zentralbereich trägt das Funktionselement 38. Ein derartiger Träger 36 wird auch als Stern bezeichnet.
- Radial innerhalb der Anlagefläche 64 ist der Zentrierring 26 mit seinen Ringelementen 30 und dem O-Ring 28 in den Flansch 20 eingelegt.
- In der Anlage 64 sind zwei Nuten 66 ausgebildet, welche sich von einem radial inneren Ende der Anlage 64 zu einem radial äußeren Ende der Anlage 64 erstrecken. In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Nuten 66 weitgehend exakt radial. Es kann auch eine andere Anzahl solcher Nuten 66 vorgesehen sein. Die Nuten 66 ermöglichen einen Zugang für ein Lecksuchgas zu dem Dichtungselement bzw. Zentrierring 26 und zu dem Dichtungsbereich 40.
- Eine weitere Ausführungsform eines Vakuumgeräts, wiederum ausgebildet als Turbomolekularpumpe, gemäß dem zweiten Aspekt ist in
Fig. 13 gezeigt. Diese zeichnet sich im Vergleich zur Ausführungsform derFig. 11 und12 dadurch aus, dass ein axialer Vorsprung 62 des Flansches 20 mit seiner Anlagefläche 64 für den Gegenflansch 46 lediglich radial außerhalb der Befestigungspunkte 60 angeordnet ist. Konkret sind Vorsprung 62 und Anlagefläche 64 nur am Außenrand des Flansches 20 angeordnet, wobei aber auch eine Anordnung etwas weiter innen in Bezug auf den Außenrand denkbar wäre. - In den beiden Ausführungsformen gemäß
Fig. 11 und13 ist der axiale Vorsprung 62 einteilig mit dem Flansch 20 verbunden, insbesondere durch Drehen ausgebildet. Bei der Ausführungsform gemäßFig. 14 ist der Vorsprung 62 durch ein separates Bauteil gebildet. Das separate Bauteil kann beispielsweise mit dem Flansch 20 fest verbunden sein, beispielsweise über eine Presspassung zwischen dem Flansch 20 und dem dargestellten, nach unten gerichteten Steg des separaten Bauteils bzw. Vorsprungs 62. Alternativ kann das separate Bauteil auch nur am Flansch 20 angelegt sein. Dennoch bewirkt es auf zuverlässige Weise mit der Anlagefläche 64 die erfindungsgemäße Abstützung des Flansches 46 gegenüber dem Flansch 20. - Sofern weitere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen hier nicht im Detail gezeigt sind, versteht es sich, dass sich die Merkmale der übrigen Ausführungsformen, soweit möglich, vorteilhaft übertragen lassen. Dies gilt insbesondere auch für die Vakuumgeräte gemäß den
Fig. 1 bis 5 ,6 und10 , welche zwar Stand der Technik bilden, jedoch spezifische Merkmale aufweisen, die entweder ohnehin in denFig. 7 bis 9 und11 bis 14 gezeigt aber nicht näher beschrieben sind oder vorteilhaft übertragbar sind. -
- 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
- 20
- Flansch
- 22
- Gehäuse
- 24
- Vorsprung
- 26
- Zentrierring
- 28
- O-Ring
- 30
- Ringelement
- 32
- Gitterelement
- 34
- Einlass
- 36
- Träger
- 38
- Funktionselement
- 40
- Dichtungsbereich
- 42
- Verbindungsachse
- 43
- Verbindungsrichtung
- 44
- axialer Abstand
- 46
- Gegenflansch
- 48
- Gehäuse
- 50
- Durchgangsöffnung
- 52
- Befestigungselement
- 54
- Schraube
- 56
- Schraubenschaft
- 58
- Mutter
- 60
- Befestigungspunkt/-achse
- 62
- Vorsprung
- 64
- Anlagefläche
- 66
- Nut
Claims (15)
- Vakuumgerät, insbesondere Turbomolekularpumpe, umfassend
einen Durchlass (34), nämlich einen Einlass oder einen Auslass; und
einen Flansch (20) zur vakuumdichten Verbindung des Durchlasses (34) des Vakuumgerätes mit einem weiteren Vakuumgerät in einer Verbindungsrichtung (43) entlang einer Verbindungsachse (42);
wobei der Flansch (20) einen sich um die Verbindungsachse (42) umlaufend erstreckenden Dichtungsbereich (40) zur Anlage eines Dichtungselements (26) aufweist;
wobei das Vakuumgerät radial innerhalb des Dichtungsbereichs (40) in der Verbindungsrichtung (43) ein in Bezug auf die Verbindungsachse (42) axiales Ende aufweist; und- wobei der Dichtungsbereich (40) des Flansches (20) bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes entgegen der Verbindungsrichtung (43) axial zurückversetzt ist, oder- wobei der Dichtungsbereich (40) des Flansches (20) an gleicher axialer Position wie das axiale Ende des Vakuumgerätes angeordnet ist, oder- wobei der Dichtungsbereich (40) des Flansches (20) bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes in der Verbindungsrichtung (43) axial um höchstens 2 mm oder um höchstens 3 mm oder um höchstens 4 mm vorsteht. - Vakuumgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das axiale Ende des Vakuumgerätes durch ein im Durchlass angeordnetes und/oder ein den Durchlass definierendes Bauteil definiert ist. - Vakuumgerät nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der axiale Abstand (44) zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich (40) wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, beträgt, oder
dass der axiale Abstand zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich (40) höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm beträgt. - System umfassend ein Vakuumgerät nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche und ein Dichtungselement (26) in oder zur Anlage am Dichtungsbereich (40) des Vakuumgerätes,- wobei insbesondere der Dichtungsbereich (40) des Flansches (20) bezüglich des axialen Endes des Vakuumgerätes in der Verbindungsrichtung (43) axial um 2 mm oder um mehr als 2 mm vorsteht, wobei das Dichtungselement (26) ein entgegen der Verbindungsrichtung (43) gerichtetes axiales Ende aufweist, welches an gleicher axialer Position wie das axiale Ende des Vakuumgerätes oder gegenüber diesem axial zurückversetzt ist, und/oder- wobei insbesondere das Dichtungselement (26) eine axiale Dicke im Einbau in der Flanschverbindung aufweist, wobei der axiale Abstand (44) zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich (40) höchstens die Hälfte der axialen Dicke des Dichtungselements (26) beträgt, oder wobei der axiale Abstand (44) zwischen dem axialen Ende des Vakuumgerätes und dem Dichtungsbereich (40) größer als die axiale Dicke des Dichtungselements (26) ist.
- Vakuumgerät, insbesondere Turbomolekularpumpe, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche,
mit einem Flansch (20) zur vakuumdichten Verbindung des Vakuumgeräts mit einem weiteren Flansch (46) eines weiteren Vakuumgerätes,
wobei der Flansch (20) mehrere, über einen Umfang des Flansches (20) verteilt angeordnete Befestigungspunkte (60), insbesondere mit Durchgangsöffnungen (50) für jeweils zuzuordnende Befestigungselemente (52), aufweist, an denen der Flansch (20) am weiteren Flansch (46) befestigbar ist,
wobei am Flansch (20) ein in Bezug auf eine Verbindungsachse (42) umlaufender Dichtungsbereich (40) zur Anlage eines zwischen den Flanschen (20, 46) anzuordnenden Dichtungselements (26) vorgesehen ist, wobei der Dichtungsbereich (40) in Bezug auf die Verbindungsachse (42) radial innerhalb der Befestigungspunkte (60) angeordnet ist, und
wobei in Bezug auf die Verbindungsachse (42) radial außerhalb des Dichtungsbereichs (40) ein axialer Vorsprung (62) am Flansch (20) vorgesehen ist, der eine Anlagefläche (64) für den weiteren Flansch (46) bildet. - Vakuumgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlagefläche (64) radial außerhalb der Befestigungspunkte (60) vorgesehen ist. - Vakuumgerät nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorsprung (62) einstückig mit dem Flansch (20) ausgebildet oder durch ein separates Bauteil gebildet ist. - Vakuumgerät nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlagefläche (64) bezüglich des Dichtungsbereiches (40) axial vorstehend angeordnet ist. - Vakuumgerät nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein axialer Abstand zwischen der Anlagefläche (64) und dem Dichtungsbereich (40) mindestens 3,7 mm und höchstens 4,1 mm, insbesondere 3,9 mm, oder mindestens 5,4 mm und höchstens 5,8 mm, insbesondere 5,6 mm, beträgt. - Vakuumgerät nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorsprung (62) in Bezug auf die Verbindungsachse (42) im Wesentlichen umlaufend ausgebildet ist, wobei mindestens eine Öffnung in dem Vorsprung (62) oder eine Nut (66) in der Anlagefläche (64) vorgesehen ist, welche sich von einem radial inneren Ende des Vorsprungs (62) bzw. der Anlagefläche (64) zu einem radial äußeren Ende des Vorsprungs (62) bzw. der Anlagefläche (64) erstreckt. - System umfassend ein Vakuumgerät nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 10 und ein Dichtungselement (26) in oder zur Anlage am Dichtungsbereich (40) des Vakuumgerätes,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein axialer Abstand zwischen der Anlagefläche (64) und dem Dichtungsbereich (40) einer axialen Dicke des Dichtungselements (26) im Einbau in der Flanschverbindung entspricht. - Vakuumgerät oder System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (20) mit einem Gehäuse (22) des Vakuumgeräts verbunden ist, wobei bevorzugt der Flansch (20) einstückig mit dem Gehäuse (22) ausgebildet ist. - System umfassend ein Vakuumgerät nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche und ein Dichtungselement (26) in oder zur Anlage am Dichtungsbereich (40) des Vakuumgerätes,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dichtungselement von einem Zentrierring (26) gebildet ist, wobei insbesondere der Zentrierring (26) ein verformbares Dichtorgan (28), bevorzugt einen O-Ring, sowie zumindest einen zumindest im Wesentlichen starren Halter (30) für das Dichtorgan (28) umfasst. - Vakuumgerät oder System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vakuumgerät als Turbomolekularpumpe mit einem Magnetlager ausgebildet ist, wobei ein Träger (36) für eine Komponente (38) des Magnetlagers mit dem Flansch (20) und/oder mit einem Gehäuse (22) der Turbomolekularpumpe verbunden ist. - System, insbesondere nach einem der vorstehenden, auf ein System gerichteten Ansprüche, mit
einem Vakuumgerät nach einem der vorstehenden, auf ein Vakuumgerät gerichteten Ansprüche mit einem Flansch (20), und
einem Dichtungselement (26) in oder zur Anlage am Dichtungsbereich (40) des Vakuumgerätes,
vorzugsweise zusätzlich mit einem weiteren Vakuumgerät mit einem weiteren Flansch, und/oder
vorzugsweise zusätzlich mit wenigstens einem Befestigungselement (60) zur Befestigung des Flansches (20) des Vakuumgerätes am weiteren Flansch des weiteren Vakuumgerätes,
wobei das Dichtungselement (26) insbesondere dazu ausgebildet ist, zwischen jeweiligen, gegenüberliegenden Dichtungsbereichen der Flansche angeordnet zu werden.
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| EP19156691.8A EP3617523A1 (de) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Vakuumgerät und vakuumsystem |
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| EP19156691.8A EP3617523A1 (de) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Vakuumgerät und vakuumsystem |
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|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020133628A (ja) | 2020-08-31 |
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