EP4707609A2

EP4707609A2 - Rotor für eine turbomolekularpumpe und turbomolekularpumpe

Info

Publication number: EP4707609A2
Application number: EP25227685.2A
Authority: EP
Inventors: Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2025-12-30
Filing date: 2025-12-30
Publication date: 2026-03-11

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Rotor für eine Turbomolekularpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpstufe, der eine drehbar lagerbare Welle umfasst, die eine mit einer Rotationsachse der Welle koaxial angeordnete Bohrung aufweist, wobei die Bohrung eine axiale Erstreckung aufweist, die mehr als 40%, insbesondere mehr als 45%, bevorzugt mehr als 50% einer axialen Erstreckung der Welle beträgt, und die einen Durchmesser aufweist, der in einem sich über mehr als 70%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% der axialen Erstreckung der Bohrung erstreckenden Abschnitt mehr als 50%, insbesondere mehr als 65%, bevorzugt mehr als 80% des Durchmessers der Welle beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularpumpe sowie einen Rotor für selbige.
Bei Turbomolekularpumpen handelt es sich um hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise grundsätzlich bekannte Vakuumpumpen, die vielseitig einsetzbar sind und in unterschiedlichen Anwendungen und Umgebungen in Industrie und Wissenschaft Verwendung finden.
Turbomolekularpumpen werden insbesondere dazu verwendet, ein Vakuum in einer oder mehreren Vakuumkammern eines Rezipienten zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass eine Einlassseite der Vakuumpumpe mit der einen oder mehreren Vakuumkammern des Rezipienten verbunden wird.
Außerdem bekannt sind Systeme mit einem Rezipienten, der mehrere Vakuumkammern und einen mit diesen in Verbindung stehenden Pumpraum umfasst, und mit einer Turbomolekularpumpe, die in den Pumpraum aufgenommen ist. Derartige Systeme dienen dazu, mittels der in den Pumpraum aufgenommenen Turbomolekularpumpe die Vakuumkammern des Rezipienten zu evakuieren. Dabei kann in der mit dem Einlass der Turbomolekularpumpe verbundenen Vakuumkammer ein sehr niedriger Druck, insbesondere ein Hochvakuum oder Ultrahochvakuum, erzeugt werden. Der in der oder den weiteren Vakuumkammern jeweils erreichbare Druck ist höher, da die oder jede weitere Vakuumkammer mit einem jeweiligen Zwischeneinlass der Turbomolekularpumpe verbunden ist, der dem Pumpeneinlass in Pumprichtung nachgeordnet ist. Wenn also mehrere weitere Vakuumkammern vorgesehen sind, dann nimmt der erreichbare Druck in den weiteren Vakuumkammern in Pumprichtung sukzessive zu.
Bei der Turbomolekularpumpe kann es sich insbesondere um eine sogenannte Splitflowpumpe handeln. Splitflowpumpen sind grundsätzlich bekannt. Verschiedene Ausführungsbeispiele einer Splitflowpumpe sind u.a. in der EP 4 108 932 A1 beschrieben.
Ein Pumpsystem einer Splitflowpumpe umfasst typischerweise ein Turbomolekularpumpsystem mit mehreren Turbomolekularpumpstufen, denen in Pumprichtung ein Holweckpumpsystem mit mehreren radial ineinander angeordneten Holweckpumpstufen nachgeordnet ist. Die rotierenden pumpwirksamen Komponenten, nämlich die Rotorscheiben des Turbomolekularpumpsystems und eine oder mehrere Holweckhülsen des Holweckpumpsystems, sind an einer gemeinsamen, mittels eines Elektromotors zur Rotation um eine Rotationsachse angetriebenen Welle angebracht. Das Pumpsystem einer Splitflowpumpe umfasst zumindest einen, in der Regel eine Mehrzahl von in Pumprichtung, also bezogen auf die Rotationsachse in axialer Richtung, aufeinander folgende radiale Zwischeneinlässe, die es ermöglichen, mit einer Splitflowpumpe gleichzeitig mehrere Vakuumkammern eines Rezipienten zu evakuieren und dabei unterschiedliche Druckniveaus in den Vakuumkammern zu erzielen. Splitflowpumpen können ein eigenes Außengehäuse aufweisen und über dieses mit einem Rezipienten verbunden werden. Alternativ können Splitflowpumpen in einen Pumpraum eines Rezipienten aufgenommen werden. Dabei können die Komponenten der Splitflowpumpe in einem eigenen, separaten Gehäuse angeordnet sein. Eine derartige Splitflowpumpe, die auch als Cartridge-Pumpe bezeichnet wird, kann als eine Einheit gehandhabt und in den Pumpraum des Rezipienten einsetzt werden. Das Vorsehen eines eigenen Gehäuses ist jedoch nicht zwingend. Es ist auch möglich, die einzelnen Komponenten der Splitflowpumpe ohne eigenes Gehäuse im Pumpraum des Rezipienten zu montieren.
Die bei in den Pumpraum aufgenommener Turbomolekularpumpe mit dem Pumpeneinlass in Verbindung stehende Vakuumkammer wird im Folgenden auch als Hochvakuumkammer bezeichnet. Eine Beschränkung auf einen in der Hochvakuumkammer während des Betriebs erzielbaren Druckbereich ist mit dieser Bezeichnung nicht verbunden. So können insbesondere aufgrund einer grundsätzlich bekannten differentiellen Dichtung mit Zwischenabsaugung mittels einer entsprechend leistungsfähigen Turbomolekularpumpe in der Hochvakuumkammer zum Beispiel dauerhaft Drücke im Bereich des Ultrahochvakuums erzielt werden. Eine derartige Auslegung oder ein derartiger Betrieb des Systems ist aber nicht zwingend, d.h. das System kann auch derart ausgelegt oder betrieben werden, dass der in der Hochvakuumkammer erreichbare Druck höher ist.
Derartige Systeme können beispielsweise zu Analysezwecken genutzt werden. Trennwände zwischen den Vakuumkammern können mit Durchgangsöffnungen versehen sein, so dass für eine jeweilige Anwendung eine oder mehrere Analyseeinheiten in den die Vakuumkammern umfassenden Bereich des Rezipienten eingesetzt werden können.
Dichtungsanordnungen der vorstehend erwähnten Art, die eine innere Dichtung und eine die innere Dichtung umgebende äußere Dichtung umfassen, sind ebenfalls grundsätzlich bekannt und werden auch als differentielle Dichtungen bezeichnet. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, das Volumen zwischen den Dichtungen mittels der Vakuumpumpe zu evakuieren, was auch als Zwischenabsaugung bezeichnet wird. Hierdurch muss das Innere des Rezipienten nicht unmittelbar gegenüber Atmosphärendruck abgedichtet werden. Durch eine derartige differentielle Dichtung mit Zwischenabsaugung kann eine sehr gute Abdichtung des Rezipienten erreicht werden, so dass im Rezipienten besonders niedrige Drücke erzielt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Rotor für eine Turbomolekularpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpstufe, insbesondere einer Splitflowpumpe. Der Rotor umfasst eine drehbar lagerbare Welle, die eine mit einer Rotationsachse der Welle koaxial angeordnete Bohrung aufweist. Die Bohrung weist eine axiale Erstreckung auf, die mehr als 40%, insbesondere mehr als 45%, bevorzugt mehr als 50% der axialen Erstreckung der Welle beträgt, und die einen Durchmesser aufweist, der in einem sich über mehr als 70%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% der axialen Erstreckung der Bohrung erstreckenden Abschnitt mehr als 50%, insbesondere mehr als 65%, bevorzugt mehr als 80% des Durchmessers der Welle beträgt.
Mit anderen Worten erstreckt sich die Bohrung vergleichsweise tief in den Rotor und weist jedenfalls über große Teile der Bohrung (nämlich über mehr als 70%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% der Tiefe der Bohrung) einen - relativ zu dem Durchmesser der Welle gesehen - großen Innendurchmesser auf. Durch die Bohrung wird das Gewicht des Rotors erheblich reduziert, ohne seine Stabilität zu gefährden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Welle einstückig ausgebildet. Die axiale Erstreckung der Welle kann kleiner als die des Rotors sein. Dies kann der Fall sein, wenn ein axiales Ende der Welle mit einem Element versehen wird, beispielsweise um in der Bohrung angeordnete Elemente axial zu sichern.
Auf der Welle können die pumpaktiven Elemente der Pumpe drehfest montiert sein, z.B eine beliebige Anzahl von Rotorscheiben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel trägt die Welle eine Nabe, an der eine Hülse einer Holweckpumpstufe befestigbar oder befestigt ist, insbesondere wobei die Nabe einstückig mit der Welle ausgebildet ist.
Bevorzugt erstreckt sich die Bohrung - in Gebrauchslage des Rotors - von einem einem Einlass der Turbomolekularpumpe zugewandten Ende des Rotors in dessen Inneres. Im Vergleich zu herkömmlichen Rotoren verschiebt sich dadurch der Schwerpunkt des Rotors in Richtung seines auslassseitigen Endes. Dieses Ende des Rotors wird bei vielen Pumpen durch eine mechanische Wälzlageranordnung gelagert, während das einlassseitige Ende des Rotors oft durch eine Permanentmagnetlageranordnung gelagert wird. Die Schwerpunktverlagerung verschiebt die Belastungen von der Permanentmagnetlageranordnung hin zu der robusteren mechanischen Wälzlageranordnung. Dies hat zur Folge, dass die Permanentmagnetlageranordnung einfacher ausgelegt werden kann, was Kostenvorteile mit sich bringt.
Die Bohrung kann zumindest eine Stufe aufweisen. Diese kann zur axialen Sicherung von in der Bohrung vorgesehenen Bauteilen oder Funktionsgruppen genutzt werden. Die Bohrung kann auch mehrstufig ausgestaltet sein
Die axiale Erstreckung der Bohrung kann mehr als 50%, insbesondere mehr als 60%, bevorzugt mehr als 70% einer axialen Erstreckung eines Abschnitts der Welle betragen, der die zumindest eine Turbomolekularpumpstufe trägt. Bevorzugt trägt die Wellen im Bereich der axialen Erstreckung der Bohrung zumindest 2, insbesondere zumindest 3, bevorzugt zumindest 4 Turbomolekularpumpstufen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Rotor - insbesondere einen Rotor nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele - für eine Turbomolekularpumpe, insbesondere für eine Splitflowpumpe, die zumindest zwei Turbomolekularpumpstufen umfasst, wobei der Rotor eine drehbar lagerbare Welle umfasst, die zumindest zwei Gruppen von Rotorscheiben trägt, die jeweils einen rotorseitigen Teil einer der Turbomolekularpumpstufen bilden, wobei die Gruppen gleich ausgebildet sind.
Durch eine vereinheitlichte Bauweise der Rotorscheibengruppen vereinfacht sich die Montage des Rotors, was die Gefahr von Verwechslungen beim Stapeln der Rotorscheiben minimiert. Die Vereinheitlichung führt auch zu einer reduzierten Anzahl unterschiedlicher Bauteile, womit Kosteneinsparungen einhergehen.
Es können mehr als zwei Gruppen von Rotorscheiben vorgesehen sein, um in einer Pumpe eingesetzt zu werden, die entsprechend mehr Turbomolekularpumpstufen aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind alle Gruppen gleich ausgebildet.
Eine Gruppe umfasst zumindest zwei Rotorscheiben, insbesondere wobei diese unterschiedlich ausgestaltet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Gruppe zumindest zwei Bauteile, wobei eines der Bauteile zwei Rotorscheiben bildet, insbesondere wobei die beiden Rotorscheiben durch einen Hülsenabschnitt miteinander verbunden sind.
Die Bauteile können einstückig ausgestaltet sein, insbesondere wobei die Bauteile durch einen spanenden Prozess hergestellt sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Gruppen ein Distanzstück auf die Welle aufgebracht, das einen axialen Abstand zwischen den Gruppen festlegt. Das Distanzstück kann hülsenartig ausgestaltet sein.
Es können beispielsweise zumindest drei Gruppen von Rotorscheiben vorgesehen sein, wobei ein axialer Abstand zwischen den Gruppen gleich groß ist. Diese kann auf einfache Weise sichergestellt werden, indem identische Distanzstücke verwendet werden.
Teil der Offenbarung zu dem zweiten und dritten Aspekt ist auch eine Turbomolekularpumpe, insbesondere Splitflowpumpe, mit einem Rotor nach zumindest einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Turbomolekularpumpe kann entsprechend der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgestaltet sein
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpstufe, insbesondere Splitflowpumpe, die einen Rotor umfasst, der mittels einer Permanentlagereinrichtung relativ zu raumfest angeordneten Komponenten der Turbomolekularpumpe drehbar gelagert ist, wobei die Permanentlagereinrichtung zumindest eine rotorseitige Lageranordnung und eine statische Lageranordnung aufweist und wobei eine axiale Erstreckung der rotorseitigen Lageranordnung größer ist als die der statischen Lageranordnung.
Zum Wuchten des Rotors wird dieser in einer Wuchteinrichtung montiert, die eine statischen Permanentlageranordnung aufweist, die kompatibel zu der rotorseitige Lageranordnung des Rotors ist. Gerade zu Beginn des Wuchtvorgangs weist der Rotor fertigungsbedingt noch eine vergleichsweise hohe Unwucht auf, die die magnetische Lagerung stark beansprucht. Dies gilt insbesondere, wenn der Rotor vergleichsweise lang ist, was z.B. bei Splitflowpumpen mit mehreren Pumpstufen der Fall sein kann, und/oder der Rotor eine Bohrung gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung aufweist. Diese Unwucht erzeugt beim Wuchten hohe Belastungen, die von der statischen Permanentlageranordnung der Wuchteinrichtung und der rotorseitige Lageranordnung aufgenommen werden müssen. Um der Lagerung eine hinreichende Steifigkeit zu verleihen, ist eine entsprechend "robuste" Auslegung der beteiligten Lagerkomponenten erforderlich. Diese wird durch eine bestimmte axiale Länge der Lageranordnungen erreicht.
Nach dem Wuchtvorgang ist die Unwucht des Rotors stark reduziert, idealerweise praktisch vollkommen entfernt. Bei dem Betrieb einer Turbomolekularpumpe mit einem gewuchteten Rotor sind die von der Permanentlageranordnung, die durch die rotorseitige Lageranordnung und der statische Lageranordnung der Pumpe gebildet wird, aufzunehmenden Belastungen daher deutlich geringer als die, die beim Wuchtvorgang auftreten. Folglich kann die Permanentlageranordnung einfacher ausgestaltet sein, als die für das Wuchten vorgesehene Kombination aus rotorseitiger Lageranordnung und statischer Permanentlageranordnung.
Da eine Veränderung der rotorseitigen Lageranordnung nach dem Wuchten quasi zwangsläufig zu einer unerwünschten Zunahme der Unwucht des Rotors führt, wird an ihr nichts verändert. Die statische Lageranordnung der Pumpe kann jedoch einfacher oder kürzer ausgeführt werden als die statische Lageranordnung der Wuchteinrichtung. Dies wiederum bedeutet, dass teures Material, das für die Permanentlageranordnung benötigt wird, eingespart werden kann.
Die rotorseitige und die statische Lageranordnung der Pumpe können jeweils durch eine Mehrzahl von permanentmagnetischen Ringen gebildet sein, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei eine Anzahl der gehäuseseitigen Ringe kleiner ist als die der rotorseitigen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Permanentlagereinrichtung im Bereich eines Einlasses der Turbomolekularpumpe angeordnet.
Die dem Einlass zugewandten Enden der rotorseitigen Lageranordnung und der statischen Lageranordnung der Pumpe können in einer Ebene angeordnet sein. Es auch möglich, dass dem Einlass abgewandte Enden der rotorseitigen Lageranordnung und der statischen Lageranordnung in einer Ebene angeordnet sind. Grundsätzlich kann die (kürzere) statische Lageranordnung in beliebiger Position zwischen den Ebenen angeordnet sein, die durch die Enden der (längeren) rotorseitigen Lageranordnung aufgespannt werden, bevorzugt in einer mittigen Lage zwischen den Ebenen.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass und ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem, das zumindest eine erste Holweckpumpstufe und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind. Ferner sind zumindest ein erster Zwischeneinlass, der in Pumprichtung vor oder im Bereich der erste Holweckpumpstufe angeordnet ist, und zumindest ein zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe gelegener zweiter Zwischeneinlass vorgesehen.
Der erste Zwischeneinlass kann - in Pumprichtung gesehen - zwischen der letzten Turbomolekularpumpstufe und der ersten Holweckpumpstufe angeordnet sein.
Unter einem "in einem Bereich der ersten Holweckpumpstufe" angeordneten Zwischeneinlass ist zumindest eine Öffnung zu verstehen, die das Einströmen von Gas zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Holweckpumpstufe in die Holweckstufe ermöglicht. Beispielsweise ist der erste Zwischengaseinlass in einem mit pumpaktiven Komponenten der Stufe (z.B. Holwecknuten) versehenen Abschnitt eines Bauteils der ersten Holweckpumpstufe (z.B. Statorhülse) angeordnet, so dass Gas in radialer Richtung in die erste Holweckpumpstufe einströmen kann.
Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass und ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem, das zumindest eine erste Holweckpumpstufe und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind. Ferner ist zumindest ein zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe gelegener Zwischeneinlass vorgesehen, wobei der Zwischeneinlass eine radiale Öffnung in einem sich in axialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt umfasst, die sich an einen pumpaktiven Abschnitt eines Holweckstators der ersten Holweckpumpstufen anschließt.
Der Holweckstator kann eine Hülse umfassen, die sowohl den Wandabschnitt als auch den pumpaktiven Abschnitt aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wandabschnitt an einer Hülse ausgebildet, die ein von dem Holweckstator separates Bauteil ist. Diese Hülse kann als eine Art Distanzstück zwischen einem einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnehmenden Unterteil und dem Holweckstator sein.
Es ist auch denkbar, dass der Wandabschnitt an einem hülsenartigen Abschnitt des Unterteils ausgebildet ist, der sich in axialer Richtung erstreckt. Der hülsenartige Abschnitt kann einstückig mit dem Unterteil ausgebildet sein.
Ein axiales Ende eines Holweckrotors der ersten und/oder der zweiten Holweckpumpstufe kann in axialer Höhe der radialen Öffnung angeordnet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Zwischeneinlass der einzige Zwischeneinlass der Turbomolekularpumpe oder der in Pumprichtung gesehen letzte Zwischeneinlass der Turbomolekularpumpe.
Insbesondere ist der Holweckstator der zweiten Holweckpumpstufe an einem einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnehmenden Unterteil ausgebildet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Dichtanordnung zum auslassseitigen Abdichten der Turbomolekularpumpe gegenüber der Atmosphäre in axialer Richtung von dem Pumpeneinlass aus gesehen unterhalb der radialen Öffnung angeordnet. Dies bedeutet, dass der Zwischeneinlass - insbesondere wenn der in Pumprichtung gesehen letzte Zwischeneinlass der Turbomolekularpumpe ist - nicht mehr separat gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden muss, wie es bisher die Regel ist.
Gemäß einem sechster Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass, ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem, das zumindest eine erste Holweckpumpstufe und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind, und zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe gelegenen Zwischeneinlass. Ein auslassseitiges Ende der ersten Holweckpumpstufe, ein einlassseitiges Ende der zweiten Holweckpumpstufe und - falls vorhanden - die radiale Öffnung des Zwischeneinlasses münden in einen ringförmigen Sammelraum münden, dessen axiale Erstreckung (H) zumindest 50%, insbesondere zumindest 75%, bevorzugt zumindest 100% seiner Breite (B) beträgt.
Ein vergleichsweise großer Sammelraum ermöglicht, das potentiell vorhandene Saugvermögen im Bereich zwischen den Holweckpumpstufen möglichst gut auszuschöpfen.
Eine radial innen liegende Seitenwand des Sammelraums kann durch ein Unterteil der Turbomolekularpumpe, das einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnimmt, gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine radial außen liegende Seitenwand des Sammelraums zumindest abschnittweise, insbesondere vollständig durch den Wandabschnitt gebildet sein.
Beispielsweise weist der Sammelraum zumindest abschnittsweise eine Breite aufweist, die einem Abstand eines Nutgrunds einer pumpaktiven Nut der ersten Holweckpumpstufe von einem Nutgrund einer pumpaktiven Nut der zweiten Holweckpumpstufe entspricht.
Der Sammelkanal kann eine Querschnittsgeometrie aufweisen, die in Umfangsrichtung gesehen im Wesentlichen konstant ist.
Ein Unterteil der Turbomolekularpumpe, das einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnimmt, kann zumindest einen axialen Auslasskanal aufweisen, der mit einem auslassseitigen Ende des Pumpsystems und dem Pumpenauslass in Verbindung steht.
Gemäß einem siebten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe, insbesondere nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass und ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem. Ferner ist ein Unterteil mit einem Aufnahmeraum vorgesehen, der einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnimmt, wobei das Unterteil zumindest einen Kanal aufweist, der mit einem auslassseitigen Ende des Pumpsystems und mit einem Abschnitt des Aufnahmeraums in Verbindung steht, der in axialer Richtung durch den Motorstator begrenzt wird und der dem auslassseitigen Ende des Pumpsystems abgewandt ist. Dieser Kanal kann eine Nut in einer Seitenwand des Aufnahmeraums umfassen. Der Kanal kann beispielweise auch eine Bohrung sein. Es ist möglich, zwei oder mehr Kanäle vorzusehen, die gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein können.
Durch den Kanal können zumindest abschnittsweise Kabel geführt sein, z.B. ein Datenkabel einer Sensoreinrichtung, die im Inneren der Pumpe angeordnet ist und deren Signale an eine Steuereinheit der Turbomolekularpumpe übertragen werden.
Der Kanal ermöglicht auch, dass gefördertes Gas von dem auslassseitigen Ende des Pumpsystems zu dem Teil des Aufnahmeraums hinter dem Motorstator strömen kann, um beispielsweise für einen Druckausgleich zu sorgen. Der Kanal kann auch - direkt oder indirekt (z.B. über einen weiteren Kanal, insbesondere den axialen Auslasskanal) - mit dem Pumpenauslass der Pumpe in Verbindung stehen. Diese Maßnahme kann dazu beitragen, die Abfuhr des gepumpten Gases zu optimieren.
Gemäß einem achten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe - insbesondere nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele - umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass, ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem, das zumindest eine erste Holweckpumpstufe und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind, und zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe gelegenen Zwischeneinlass. Ferner ist ein Abschlusselement vorgesehen, das die Turbomolekularpumpe in einem montierten Zustand in axialer Richtung zumindest abschnittsweise abdeckt und das zumindest einen Kanal zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Zwischeneinlass und einer Vakuumkammer eines Rezipienten umfasst, wobei das das Abschlusselement ein erstes Formmerkmal aufweist, das in Eingriff mit einem zweiten Formmerkmal bringbar ist, das komplementär zu dem ersten Formmerkmal ausgebildet ist und das an dem Rezipienten vorgesehen ist.
Ein System mit eine Pumpe gemäß dem achten Aspekt kann einen Rezipienten umfassen, der ein Gehäuse mit zumindest einem Pumpraum zur Aufnahme einer Turbomolekularpumpe und mit mehreren Vakuumkammern aufweist. Der Rezipient kann ein zweites Formmerkmal aufweisen, das in Eingriff mit dem ersten Formmerkmal bringbar ist, das an dem Abschlusselement vorgesehen ist und das komplementär zu dem zweiten Formmerkmal ausgebildet ist.
Das Abschlusselement kann ein Unterteil der Turbomolekularpumpe sein, das einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnimmt. Das Unterteil kann sowohl den Zwischeneinlass als auch den Kanal umfassen. Es kann direkt oder indirekt mit dem Rezipienten verbindbar sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Abschlusselement ein separates Bauteil, dass einen Deckel bildet, die Turbomolekularpumpe in dem Pumpraum sichert. Der Kanal in dem Deckel steht in diesem Fall beispielsweise mit einem Kanal in dem Unterteil in Verbindung, der wiederum mit dem Zwischeneinlass in Verbindung steht.
Die Formmerkmale erleichtern eine Montage der Pumpe an oder in dem Rezipienten.
Die Formmerkmale können auch geometrische Eigenschaften aufweisen, die z.B. die Montage der Pumpe in einer exakten Winkellage sicherstellen (z.B. Erhebungen, die in montiertem Zustand in komplementäre Ausnehmungen eingreifen).
Gemäß einem neunten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbomolekularpumpe - insbesondere nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele - umfassend einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass, ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem und ein Unterteil, das einen Motorstator eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems aufnimmt und das zumindest einen Auslasskanal aufweist, der mit einem auslassseitigen Ende des Pumpsystems und dem Pumpenauslass in Verbindung steht. Der Auslasskanal weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kanalabschnitt und einen geneigten Kanalabschnitt auf, der sich schräg zu der axialen Richtung erstreckt.
Die axiale Richtung entspricht einer Richtung parallel zu einer Rotationsachse eines Rotors der Turbomolekularpumpe.
Ein Neigungswinkel des geneigten Kanalabschnitts - also ein Winkel zwischen der Längserstreckung des geneigten Kanalabschnitts und der axialen Richtung - kann zwischen 75° und 35°, insbesondere zwischen 65° und 45° liegen (z.B. 55° +/- 5°).
Insbesondere erstreckt sich der geneigte Kanalabschnitt von dem axialen Kanalabschnitt radial nach außen. Bevorzugt ist er stromabwärts des axialen Kanalabschnitts angeordnet.
Ein seitlichen "Ausweichen" des Auslasskanals mittels des geneigten Kanalabschnitts schafft einerseits Platz für weitere Funktionskomponenten im Unterteil der Pumpe (z.B. für einen Schmiermittelspeicher), anderseits geht eine solche Ausgestaltung des Auslasskanals mit strömungstechnischen Vorteilen einher.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt: Das Pumpsystem kann eine beliebige Anzahl von Turbomolekularpumpstufen und/oder Holweckpumpstufen aufweisen. Bevorzug ist ein Holweckstator der letzten Holweckstufe des Pumpsystems an dem Unterteil ausgebildet. Die Turbomolekularpumpe ist bevorzugt eine Splitflowpumpe.
Eine Turbomolekularpumpstufe umfasst im einfachsten Fall ein Rotorelement (z.B. Rotorscheibe) und ein Statorelement (z.B. Statorscheibe).
Die verschiedenen Aspekte, die vorstehend beschrieben wurden, und deren Ausführungsbeispiele bzw. deren Merkmale können bei Bedarf miteinander kombiniert werden, um eine für den jeweiligen Anwendungsfall besonders geeignete Pumpe zu schaffen. Insbesondere können die beschriebenen Rotoren und deren Abwandlungen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen von Turbomolekularpumpen eingesetzt werden. Auch die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele von Turbomolekularpumpen lassen sich bedarfsgerecht miteinander kombinieren.
Sofern nicht explizit anders beschrieben, ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung davon auszugehen, dass die axiale Richtung eine Richtung ist, die sich parallel zu einer Rotationsachse des Rotors erstreckt.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen beispielhaft den Aufbau einer an sich bekannten Turbomolekularpumpe sowie Ausführungsbeispiele gemäß den vorstehend erläuterten Aspekten. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
Fig. 2: eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
Fig. 3: einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5: eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
Fig. 6: schematisch ein System mit einem Rezipienten und einer Turbomolekularpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7: schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 8: schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 9: schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Rotors gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung und
Fig. 10 bis 12: schematisch weitere mögliche Ausführungsbeispiele einer Turbomolekularpumpe gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Offenbarung,

Nachfolgend wird zum Verständnis anhand der Fig. 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer an sich bekannten Turbomolekularpumpe 111 beschrieben, um die grundsätzliche Funktionsweise von Turbomolekularpumpstufen, Holweckpumpstufen und anderen Komponenten (z.B. Lagerung eines Rotors der Pumpe) zu erläutern. Diese Konzepte lassen sich in analoger Form auch auf Splitflowpumpen anwenden.
Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.
Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125 (vgl. auch Fig. 3). Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.
Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.
Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, eingelassen werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.
Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.
Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.
An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.
An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.
In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.
Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.
In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.
Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.
Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.
Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.
Am unteren Ende der Holweck-Rotorhülse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der radial außenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. Außerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-Statorhülse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-Rotorhülse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.
Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 167, 169 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.
Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.
Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.
Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.
Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 185 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.
Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Absto-ßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 201 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.
Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, damit eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
Zur Erläuterung des bekannten Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung zeigt Fig. 6 schematisch ein System gemäß dem Stand der Technik. Das bekannte System umfasst einen lediglich teilweise dargestellten Rezipienten 11 mit einem Pumpraum 15 und eine durch Einschieben in den Pumpraum 15 aufgenommene Turbomolekularpumpe 17. Der in der Figur untere Bereich einschließlich des vorvakuumseitigen Abschnitts dieses Systems ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
Bei der Turbomolekularpumpe 17 handelt es sich um eine Splitflowpumpe, deren Pumpsystem ein Turbomolekularpumpsystem 29 und Holweckpumpsystem 31 umfasst, das dem Turbomolekularpumpsystem 29 in einer durch Pfeile in der Figur angedeuteten Pumprichtung nachgeordnet ist. Das Turbomolekularpumpsystem 29 umfasst eine Mehrzahl von in Pumprichtung aufeinanderfolgenden Turbomolekularpumpstufen 29a, 29b. Der Einfachheit halber sind in der Figur lediglich zwei Turbomolekularpumpstufen 29a, 29b dargestellt. Vorzugsweise weist die Turbomolekularpumpe 17 eine größere Anzahl von beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs aufeinander folgenden Turbomolekularpumpstufen auf.
Das Holweckpumpsystem 31 umfasst zwei radial ineinander liegende Holweckpumpstufen 31a, 31b. Eine solche Anordnung von Holweckpumpstufen 31a, 31b wird auch als geschachteltes Holweckpumpsystem bezeichnet.
Das rotierende System der Turbomolekularpumpe 17 umfasst einen Rotor 50 mit einer um eine Rotationsachse 53 drehbar gelagerten Welle 51, an der Rotorscheiben 55 der Turbomolekularpumpstufen 29a, 29b und eine von einer Nabe 59 getragene Holweckhülse 57 für die Holweckpumpstufen 31a, 31b angebracht sind.
Für das Holweckpumpsystem 31 sind die jeweils mit der Holweckhülse 57 pumpwirksam zusammenwirkenden Holweckstatoren 61 dargestellt. Die mit den
Rotorscheiben 55 der Turbomolekularpumpstufe 29a, 29b pumpwirksam zusammenwirkenden Statorscheiben sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
Die erwähnten Statorelemente der Turbomolekularpumpe 17 können zusammen mit dem rotierenden System und mit weiteren Komponenten der Turbomolekularpumpe 17 in einem eigenen, gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, das in der Figur nicht dargestellt ist. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann eine derartige Vakuumpumpe, die auch als Cartridge-Pumpe bezeichnet wird, als eine Einheit gehandhabt und in den Pumpraum 15 des Rezipienten 11 eingesetzt werden. Das Vorsehen eines derartigen Cartridge-Gehäuses ist jedoch nicht zwingend. Das rotierende System und die erwähnten Statorelemente sowie weiteren Komponenten der Turbomolekularpumpe 17 können auch ohne eigenes Gehäuse im Pumpraum 15 des Rezipienten 11 angeordnet werden. Eine solche Konfiguration, bei welcher sozusagen der Rezipient 11 das Pumpengehäuse bildet, wird auch als integrierte oder vollintegrierte Anordnung einer Turbomolekularpumpe bezeichnet.
Die Turbomolekularpumpe 17 besitzt einen axialen Einlass 27, der von dem axialen Zugang in den Pumpraum 15 des Rezipienten 11 gebildet wird und der somit zur ersten Turbomolekularpumpstufe 29a führt. Der Auslass der Turbomolekularpumpe 17 ist nicht gezeigt.
Die Rotationsachse 53 der Turbomolekularpumpe 17 verläuft parallel zu einer Längsachse des Pumpraums 15. Bezogen auf diese Längsachse und somit bei in den Pumpraum 15 aufgenommener Turbomolekularpumpe 17 bezogen auf deren Rotationsachse 53 befindet sich radial neben dem Pumpraum 15 eine Anordnung von axial aufeinander folgenden Vakuumkammern, von denen hier drei Vakuumkammern 19, 21 und 23 gezeigt sind. Diese Vakuumkammern werden nach außen hin von einer Wand 39 des Gehäuses 13 und zum Pumpraum 15 hin von einem inneren Wandabschnitt 69 des Gehäuses 13 begrenzt. Die - wie vorstehend bereits erwähnt - auch als Hochvakuumkammer bezeichnete, in der Figur oberste Vakuumkammer 19, die mit dem Pumpeneinlass 27 in Verbindung steht, ist zudem von einer Abdeckung 45 begrenzt, die eine Zugangsöffnung 13a des Gehäuses 13 verschließt. Zwischen den Vakuumkammern befinden sich senkrecht zur Längsachse des Pumpraums 15 verlaufende Trennwände 26, die jeweils mit einer Durchgangsöffnung versehen sein können, so dass zum Beispiel eine in der Figur nicht dargestellte Analyseeinheit in die Anordnung aus Vakuumkammern eingeführt werden kann.
Während die Hochvakuumkammer 19 mit dem Pumpeneinlass 27 in Verbindung steht, also mit dem axialen Zugang in den Pumpraum 15, besitzen die weiteren Vakuumkammern 21 und 23 jeweils einen Auslass 21a bzw. 23a, der in dem inneren Wandabschnitt 69 ausgebildet ist und in den Pumpraum 15 mündet. Über diese Auslässe 21a, 23a stehen die weiteren Vakuumkammern 21, 23 jeweils mit einem Zwischeneinlass 33, 35 der Turbomolekularpumpe 17 in Verbindung. Dabei ist der mit der ersten weiteren Vakuumkammer 21 verbundene Zwischeneinlass 33 zwischen zwei aufeinander folgenden Turbomolekularpumpstufen 29a, 29b gelegen und befindet sich der mit der zweiten weiteren Vakuumkammer 23 verbundene Zwischeneinlass 35 zwischen einer Turbomolekularpumpstufe 29b und der ersten Holweckpumpstufe 31a.
Im Fall einer vorstehend erwähnten integrierten oder vollintegrierten Anordnung der Turbomolekularpumpe 17, d.h. wenn diese kein eigenes Gehäuse aufweist, bilden die Auslässe 21a, 23a gleichzeitig die Zwischeneinlässe 33, 35 der Turbomolekularpumpe. Anderenfalls sind die Zwischeneinlässe 33, 35 in dem Gehäuse der Turbomolekularpumpe 17 ausgebildet und im in den Pumpraum 15 aufgenommenen Betriebszustand mit den Auslässen 21a, 23a ausgerichtet.
Wie vorstehend erwähnt, ist der untere Bereich des Systems in der Figur nicht gezeigt. Tatsächlich umfasst der Rezipient 11 mehr als zwei weitere Vakuumkammern 21, 23. Eine dritte Vakuumkammer ist in der Figur teilweise gezeigt. Es können rein beispielhaft insgesamt sechs weitere Vakuumkammern vorgesehen sein, die jeweils mit einem Zwischeneinlass der Turbomolekularpumpe 17 verbunden sind, wobei die ersten vier Zwischeneinlässe jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Turbomolekularpumpstufen gelegen sind, der fünfte Zwischeneinlass sich zwischen der letzten Turbomolekularpumpstufe 29b und der ersten Holweckpumpstufe 31a befindet und der sechste Zwischeneinlass im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Holweckpumpstufen 31a, 31b angeordnet ist.
Während des Betriebs des beschriebenen Systems erzeugt die Turbomolekularpumpe 17 in den einzelnen Vakuumkammern 19, 21, 23 ein Vakuum, wobei der niedrigste Druck in der Hochvakuumkammer 19 erzeugt wird und der Druck in den Vakuumkammern in Pumprichtung sukzessive zunimmt.
Wie bereits erwähnt, ist die hier anhand von Fig. 6 beschriebene Ausgestaltung des Rezipienten 11 mit einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Vakuumkammern 19, 21, 23 sowie das Zusammenwirken des Rezipienten 11 mit einer in den Pumpraum 15 aufgenommenen Splitflowpumpe 17 ist grundsätzlich bekannt.
Über die erwähnte Zugangsöffnung des Gehäuses 13 des Rezipienten 11 kann zum Beispiel die erwähnte Analyseeinheit eingebracht werden kann. Die Zugangsöffnung 13a ist von einer umlaufenden Stirnseite der erwähnten Gehäusewand 39 begrenzt. Durch die auf der Stirnseite aufliegende Abdeckung 45 ist die Zugangsöffnung 13a während des Betriebs verschlossen. Es ist bekannt, die Abdichtung gegenüber der Umgebung durch eine differentielle Dichtung (nicht dargestellt) zu gewährleisten, d.h. durch eine Dichtungsanordnung zwischen der Stirnseite der Gehäusewand 39 und der dieser Stirnseite zugewandten Seite der Abdeckung 45. Die Dichtungsanordnung kann dabei eine die Zugangsöffnung 13a umgebende innere Dichtung sowie eine äußere Dichtung umfassen, welche die innere Dichtung umgibt. Außerdem ist es grundsätzlich bekannt, dass die Dichtwirkung einer derartigen Dichtungsanordnung verbessert wird, wenn in dem Volumen zwischen den beiden Dichtungen ein Unterdruck erzeugt wird, der zwischen dem äußeren Atmosphärendruck einerseits und dem niedrigen Druck, beispielsweise einem Ultrahochvakuum, in der von der Abdeckung 45 begrenzten Vakuumkammer 19 liegt. Hierzu ist es bei derartigen Systemen bekannt, die in den Rezipienten aufgenommene Vakuumpumpe für Zwischenabsaugung der differentiellen Dichtung zu nutzen.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gewicht des Rotors 50 dadurch reduziert, dass er zumindest abschnittsweise hohlwellenartig ausgestaltet ist. Im in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 50 eine axiale Bohrung 300 auf, die von einem einlassseitigen Ende 302 in eine Welle 51 des Rotors eingebracht ist, d.h. von einem Ende, das einem Einlass einer Pumpe zugewandt ist, in der der Rotor 50 verbaut ist. Die Bohrung 300 ist vergleichsweise groß, jedoch nicht so groß, als dass die Stabilität der Welle 51 gefährdet wäre. Ein Durchmesser D1 der Bohrung beträgt mehr als 50%, insbesondere mehr als 65%, bevorzugt mehr als 80% eines Durchmessers D der Welle 51. Sie weist ferner eine axiale Erstreckung A1 auf, die mehr als 40%, insbesondere mehr als 45%, bevorzugt mehr als 50% einer axialen Erstreckung A der Welle 51 beträgt.
Durch die Bohrung 300 verschiebt sich der Schwerpunkt des Rotors 50 hin zu einem einlassfernen Ende 304 der Welle 51, welches beispielsweise mechanisch mittels Wälzlager gelagert ist. Eine mechanische Lagerung ist belastbarer als ein Permanentmagnetlager, das üblicherweise im Bereich des einlassnahen Endes 302 des Rotors 50 zum Einsatz gelangt. Die Maßnahme, eine zentrale Bohrung 300 in die Welle 51 einzubringen, geht also nicht nur mit dem Vorteil einher, dass damit Material und Gewicht gespart wird, was an sich schon eine Reduktion der Belastungen, die die Lager der Welle 51 aufzunehmen haben, mit sich bringt. Die Schwerpunktverschiebung verschiebt die Belastungen auch in einen Bereich der Lagerung, die ohne größere Probleme große Belastungen aufnehmen kann. Die Auslegung des Permanentmagnetlagers kann somit vereinfacht werden.
Die Bohrung 300 kann gestuft ausgebildet sein, sodass Schultern gebildet werden, an denen sich Funktionskomponenten axial abstützen können, beispielsweise Komponenten eines Permanentmagnetlagers und/oder eines Fang- oder Notlagers. Es kann also vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Bohrung 300 - anders als gezeigt - von dem einlassseitigen Ende 302 zu dem einlassfernen Ende 304 hin (stufenweise) abnimmt. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, dass der Durchmesser der Bohrung über einen weiten Bereich (mehr als 70%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% der axialen Erstreckung der Bohrung) groß ist, d.h. mehr als 50% des Durchmessers der Welle beträgt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel trägt die Welle 51 fünf Turbomolekularstufen 29x, von welchen sich vier im Bereich der axialen Erstreckung der Bohrung 300 befinden. Lediglich die unterste Turbomolekularstufe 29x ist in einem axialen Abschnitt angeordnet, in dem die Welle 300 massiv ausgebildet ist. Es versteht sich aber, dass die Bohrung 300 kürzer oder tiefer sein könnte.
Die statorseitigen Elemente der Turbomolekularpumpstufen 29x sind zur Vereinfachung nicht gezeigt. Dies gilt auch für Fig. 8.
Unterhalb der untersten Turbomolekularpumpstufe 29x ist eine Nabe 32a vorgesehen, die einstückig mit der Welle 51 ausgebildet sein kann oder ein separates Bauteil ist, das mit ihr drehfest verbunden ist. Die Nabe 32a trägt eine Holweck oder Rotorhülse 32, die einen rotorseitigen Teil einer Holweckpumpstufe bildet.
Fig. 8 zeigt einen Teil eines Rotors 50 zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Rotor 50 umfasst eine Welle 51, die im vorliegenden Beispiel zwei Turbomolekularpumpstufen 29x trägt. Die Turbomolekularpumpstufen 29x werden jeweils durch eine Gruppe von Rotorscheiben 310a, 310b gebildet. Die Gruppen sind bei den beispielhaft gezeigten zwei Turbomolekularpumpstufen 29x identisch ausgebildet. Sie umfassen jeweils eine Rotorscheibe 310a sowie zwei Rotorscheiben 310b. Die Rotorscheiben 310b können identisch oder unterschiedlich aufgebaut sein. Es versteht sich, dass die Ausgestaltung der Rotorscheiben 310a, 310b der Gruppen bedarfsgerecht gewählt werden kann. Um allerdings die Montage des Rotors 50 zu erleichtern, sind die Gruppen identisch aufgebaut. Die mit der Montageerleichterung und der Reduktion der Anzahl von unterschiedlichen Bauteilen einhergehenden Vorteile können eventuelle Nachteile aufwiegen, die mit der Verwendung einheitlicher Turbomolekularpumpstufen 29x auf verschiedenen Druckniveaus einhergeht mag.
Die Rotorscheiben 310b können über einen Hülsenabschnitt 312b miteinander verbunden sein. Insbesondere sind die Rotorscheiben 310b und der Hülsenabschnitt 312b einstückig ausgebildet, beispielsweise wird das entsprechende Bauteil in einem spanenden Prozess hergestellt.
Die Rotorscheibe 310a kann ebenfalls mit einem Hülsenabschnitt 312a verbunden sein, der das Aufpressen auf die Welle 51 erleichtert.
Zwischen den beiden Gruppen von Rotorscheiben 310a, 310b ist eine Distanzhülse 314 vorgesehen, die beispielsweise nach dem Aufbringen der in Fig. 8 unteren Turbomolekularpumpstufe 29x auf die Welle 51 aufgeschoben bzw. aufgepresst wird, bevor die andere Turbomolekularpumpstufe 29x folgt. Mittels der Distanzhülse 314 kann auf einfache Weise der gewünschte Abstand zwischen den Turbomolekularpumpstufen 29x eingestellt werden.
Bei Rotoren mit mehr als zwei Turbomolekularpumpstufen 29x, können je nach Bedarf zwischen den einzelnen Gruppen von Rotorscheiben 310a, 310b gleiche oder unterschiedliche Distanzhülsen 314 mit gleicher oder unterschiedlichen axialen Erstreckungen eingesetzt werden.
Fig. 9 zeigt einen Teil eines einlassseitigen Endes 302 eines Rotors 50, das an einem Trägerabschnitt 203 gelagert ist, der wiederum über eine radiale Strebe 205 mit einem nicht gezeigten Gehäuse der Pumpe raumfest verbunden ist. Der Trägerabschnitt 203 trägt eine gehäuseseitige oder statische Lageranordnung 302, die zusammen mit einer rotorseitigen Lageranordnung 322 eine Permanentlageranordnung 324 bildet, um ein einlassseitiges Ende 302 des Rotors 50 magnetisch und daher praktisch verlustfrei zu lagern.
Wie eingangs erläutert wurde, muss eine magnetische Lagerung beim Wuchten des Rotors 50 eine besonders große Steifigkeit aufweisen, da der Rotor 50 nach der Herstellung noch eine vergleichsweise große Unwucht aufweist. Nachdem diese entfernt wurde, kann für den Betrieb des Rotors 50 in einer Pumpe eine weniger streife Lagerung vorgesehen sein, schließlich müssen aufgrund der stark reduzierten Unwucht weniger Belastungen aufgenommen werden. Da eine Abänderung der rotorseitigen Lageranordnung 322 allerdings dazu führen könnte, dass die Unwucht des Rotors 50 wieder zunimmt, wird diese nicht verändert. Es ist aber möglich, eine statische Lageranordnung 320 kleiner zu dimensionieren, um Kostenvorteile zu erzielen. Dies führt letztlich dazu, dass die statische Lageranordnung 320 eine geringere axiale Erstreckung aufweist als die rotorseitige Lageranordnung 322 (dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung). Im konkret gezeigten Fall bedeutet dies, dass gehäuseseitig weniger Ringmagnete 326 zum Einsatz gelangen als rotorseitig.
Anhand der Fig. 10 wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel des fünften Aspekts der vorliegenden Offenbarung erläutert. Es ist ein unterer Teil einer Turbomolekularpumpe 17 gezeigt, die einen Rotor 50 mit mehreren Turbomolekularpumpstufen 29x (zu sehen sind zwei Pumpstufen 29x) und zwei ineinander geschachtelte Holweckpumpstufen 31x umfasst. Die Pumpe 17 ist in einen Pumpraum 15 eines Rezipienten 11 eingeschoben, der ein Gehäuse 13 umfasst. Zur Vereinfachung werden statorseitige Bauteile der Turbopumpstufen 29x sowie weitere für die Beschreibung der Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht wesentlichen Komponenten nicht gezeigt.
Der Rezipient 11 weist eine Mehrzahl von Vakuumkammern 19x auf, von denen zwei teilweise in Fig. 10 gezeigt sind. Durch einen Zwischeneinlass 35x kann Gas aus der oberen Vakuumkammer 19x zu der ersten Holweckstufe 31x strömen (Gasstrom GS1). Stromabwärts der ersten Holweckpumpstufe 31x wird dem Pumpsystem der Pumpe 17 nochmals Gas zugeführt (vgl. Pfeil GS2), das durch einen Zwischeneinlass 35y und eine radiale Öffnung 35z in einem Abschnitt einer Statorhülse 330 vorgesehen ist. Dieser Abschnitt schließt sich an einen pumpaktiven Teil der Statorhülse 330 in axialer Richtung nach unten an. Der pumpaktive Teil der Statorhülse 330 wird durch die nach radial innen ragenden kurzen Striche symbolisiert. Sie begrenzen Holwecknuten 332, die bei Betrieb zusammen mit der Holweck- oder Rotorhülse 32 eine Pumpwirkung erzeugen.
Der Gasstrom GS2 tritt somit in oder unterhalb eines Umkehrpunkts des Gasstroms G1, der die erste Holweckpumpstufe 31x durchquert hat, in das Pumpsystem ein. Anschließend treten die vereinigten Ströme GS1, GS2 durch die zweite Holweckstufe 31x und werden in einen Auslassraum 334 gepumpt, der ein auslassseitiges Ende des Pumpsystems - umfassend die Turbomolekularpumpstufen 29x und die Holweckstufen 31x - darstellt.
Da die Statorhülse 330 sich in axialer Richtung vergleichsweise weit nach unten erstreckt, kann eine Abdichtung des Pumpraums 15 gegenüber der Atmosphäre unterhalb der radialen Öffnung 35z erfolgen. Da die radiale Öffnung 35z mit der Vakuumkammer 19x mit dem höchsten Druck in Verbindung steht, kann die Dichtungsanordnung, hier symbolisiert durch zwei Dichtungsringe 336, einfacher ausgeführt werden. Es liegt nämlich kein Zwischeneinlass unterhalb der beispielhaft gezeigten Dichtungsanordnung vor, was eine separate Abdichtung des entsprechenden Zwischeneinlasses überflüssig macht. Dies wiederum bedeutet, dass Kostenersparnisse erzielt werden.
Einer der Dichtungsringe 336 wirkt zwischen dem Gehäuse 13, der Statorhülse 330 und einer Basis 339b eines Unterteils 339 der Pumpe 17. Der andere Dichtungsring 226 ist in einer Nut in der Basis 339b angeordnet und wirkt zwischen ihr und der Statorhülse 330.
In dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Pumpe 17 also zwei Holweckstufen 31x und zwei ihnen zugeordnete Zwischeneinlässe 35x, 35y auf (vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung). Der Zwischeneinlass 35x mündet in einen Bereich zwischen der letzten Turbomolekularpumpstufe 29x und der ersten Holweckstufe 31x, also in einen Bereich vor der ersten Holweckstufe 31x. Anders als gezeigt, könnte er auch in einem pumpaktiven Teil der Statorhülse 330 eine Fluidverbindung zwischen einer der Vakuumkammern 19x und der erste Holweckstufe 31x herstellen. Denkbar wäre beispielsweise, zu diesem Zweck zumindest eine radiale Öffnung in einem Abschnitt der Statorhülse 33, der die Holwecknut 332 trägt und der oberhalb der radialen Öffnung 35z angeordnet ist, vorzusehen,
Durch den zweite Zwischeneinlass 35y kann Gas in einen Bereich zwischen den Holweckstufen 31x eingebracht werden.
Das in den Auslassraum 334 gepumpte Gas kann durch einen sich in axialer Richtung erstreckenden Auslasskanal 338 abgeführt werden. Es versteht sich, dass auch mehrere Auslasskanäle 338 vorgesehen sein können.
Der Auslasskanal 338 führt durch einen Zentralabschnitt 339a des Unterteil 339, der sich in axialer Richtung von der Basis 339b erstreckt, und durch die Basis 339b. Er kann mit einem nicht gezeigten Vorvakuumanschluss der Pumpe 17 in Verbindung stehen.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Kanal 340 gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem Zentralabschnitt 339a vorgesehen sein. Er verbindet den Auslassraum 334 mit einem Abschnitt eines Aufnahmeraums 344, der einen Motorstator 242 eines Antriebsmotors des Rotors 50 und weitere, nicht gezeigte Komponenten aufnimmt (z.B. eine Lageranordnung) aufnimmt), wobei der Abschnitt dem Auslassraum 334 abgewandt ist, d.h. in Fig. 10 unterhalb des Stators 342 angeordnet ist. Der Kanal 340 kann auch eine Nut in der Wandung des Aufnahmeraums 344 sein. Es versteht sich, dass mehrere Kanäle 340 und/oder Nuten vorgesehen sein können.
Der Kanal 340 kann zur Führung von Kabeln dienen, die Sensoreinrichtungen, z.B. Temperatursensoren, im Inneren der Pumpe 17 mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) der Pumpe 17 verbinden. Zusätzlich stellt er einen Fluidpfad für Gas aus dem Auslassraum 334 dar. Ein entsprechender Gasstrom kann zum Druckausgleich genutzt werden und/oder, wenn der Kanal 344 - direkt oder indirekt - mit dem Auslasskanal 338 in Verbindung steht, zur Abfuhr des gepumpten Gases dienen.
Fig. 10 zeigt auch eine Ausführungsbeispiel gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das ausgangsseitige Ende der ersten Holweckstufe 31x und das eingangsseitige Ende der zweiten Holweckstufe 31x und auch der Zwischeneinlass 35y münden in einen Sammelraum 400, der vergleichsweise großzügig ausgestaltet ist, um das Potential des Saugvermögens im Bereich zwischen den Holweckpumpstufen möglichst effizient zu nutzen. Zu diesem Zweck ist der Zentralabschnitt 339a in diesem Bereich schlanker ausgebildet als bei herkömmlichen Pumpen. Er geht mit einer Schräge und/oder Krümmung (nicht gezeigt) in die Basis 339b über.
Eine axiale Erstreckung oder Höhe H des Sammelraums 400 ist ein Abstand von einem freien Ende der Rotorhülse 32 von der Basis 339b. Alternativ kann ein Abstand eines Endes des pumpaktiven Bereichs des Holweckstators, der der Basis 339 am nächsten kommt, zur Basis 339b zugrunde gelegt werden. Die Breite B kann z.B. ein radialer Abstand von Seitenwänden des Sammelraums 400 sein, hier ein Abstand zwischen der Statorhülse 330 und einem vertikalen Wandabschnitt des Zentralabschnitts 339a. Bei dem gezeigten Beispiel ergibt sich ein Verhältnis H:B von etwa 2:1. Legt man das untere Ende der linken Holweckpumpstufe 31x und den Abstand der Hülse 330 von dem Beginn der Schräge zugrunde, so ergibt sich sogar ein Verhältnis von etwa 3:1. Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beträgt die Höhe H zumindest 50%, insbesondere zumindest 75%, bevorzugt zumindest 100% der Breite (B).
Fig. 11 zeigt einen Rezipienten 11 mit einem Pumpraum 15 in den eine Pumpe 17 eingebracht wurde, um ein weiteres Ausführungsbeispiel zu beschreiben.
Der Rezipient 11 weist eine Mehrzahl von Vakuumkammern 19, 19x sowie eine Vorvakuumkammer 19vv auf. Letztere ist mit einem Vorvakuumflansch 350 versehen, an den eine Vorvakuumpumpe (nicht gezeigt) anschließbar ist.
Die unterste Vakuumkammer 19x steht über einen Kanal 352 in einer Basis 339b eines Unterteils 339 mit einem Zwischeneinlass 35y in Verbindung, der in einen Sammelraum 400 zwischen den beiden Holweckstufen 31x mündet.
In dem Unterteil 339 ist auch ein Auslasskanal 338a vorgesehen, der mit einem Vorvakuumflansch 350a der Pumpe 17 in Verbindung steht. Auch hier kann eine nicht gezeigte Vorvakuumpumpe angeschlossen werden. Es versteht sich aber, dass der Auslasskanal 338a auch über eine entsprechende Schnittstelle mit der Vorvakuumkammer 19vv in Verbindung stehen kann. Diese Verbindung kann beispielsweise unterhalb der Verbindung zwischen dem Kanal 352 und der Vakuumkammer 19x vorgesehen sein.
Eine rezipientenseitige Öffnung des Kanals 352 ist in einer Seitenwand 356a angeordnet, die an einer dem Rezipienten 11 zugewandten Seitenfläche der Basis 339b ausgebildet ist. Der Rezipient 11 weist in dem der Seitenwand 356a gegenüberliegenden Bereich eine komplementäre Seitenwand 356b auf, die eine pumpenseitige Öffnung der untersten Vakuumkammer 19x aufweist. Die beiden Öffnungen in den Schrägen 356a, 356b werden gegenüber dem Außenraum durch einen nicht gezeigten Dichtring abgedichtet. Es können Formmerkmale an dem Unterteil 339 und an dem Rezipienten 11 vorgesehen sein (insbesondere an den Seitenwänden 356a, 356b), die eine exakte und lagegerechte Montage der Pumpe 17 ermöglichen. Beispielsweise können in den Wänden 356a, 356b komplementäre axiale Rippen und Nuten vorgesehen sein (ein Beispiel für den achten Aspekt der vorliegenden Offenbarung).
In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Offenbarung zu sehen. Sie zeigt eine Pumpe 17, bei der ein Auslasskanal 338, der von dem Auslassraum 334 durch das Unterteil 339 führt - anders als in Fig. 10 gezeigt - einen axialen Kanalabschnitt 358a und einen relativ zur Rotationsachse des Rotors 50 geneigten Kanalabschnitt 358b aufweist. Das auslassseitige Ende des Kanals 338b steht nicht direkt in Verbindung mit einer Vorvakuumkammer 19vv. Diese Verbindung ist indirekt, nämlich über einen Transferkanal 360, der in einem Deckel 362 ausgebildet ist. Er weist einen geneigten Abschnitt, der mit dem Kanalabschnitt 358b in Verbindung steht, und einen horizontalen Abschnitt auf, der die Verbindung mit der Kammer 19vv herstellt.
Der Deckel 362 überdeckt das Unterteil 339 der Pumpe 17 und sichert diese in dem Pumpraum 15. Der Deckel 362 kann auch alternative oder zusätzliche Funktionalitäten bereitstellen, wie beispielsweise eine Kühlung mittels Kühlrippen 364.
Durch den geneigten Kanalabschnitt 358b wird im Unterteil 339 Bauraum freigegeben, der für andere Zwecke genutzt werden kann. Beispielsweise kann ein Schmiermittelspeicher, der in einem Bereich nahe um eine nicht gezeigte mechanische Wälzlagerung des Rotors 50 vorgesehen ist, großzügiger dimensioniert werden als bisher.
In dem Beispiel der Fig. 12 ist der neunte Aspekt der vorliegenden Offenbarung zwar nicht an dem Unterteil 339, sondern an dem Deckel 262 realisiert. Der mit diesem Aspekt einhergehende Vorteil wird gleichwohl erzielt.

Bezugszeichenliste

11: Rezipient
13: Gehäuse
13a: Zugangsöffnung
15: Pumpraum
17: Turbomolekularpumpe
19, 19x: Vakuumkammer
19vv: Vorvakuumkammer
21: weitere Vakuumkammer
23: weitere Vakuumkammer
26: Trennwand
27: Pumpeneinlass
29: Turbomolekularpumpsystem
29a, 29b, 29x: Turbomolekularpumpstufe
31: Holweckpumpsystem
31a, 31b, 31x: Holweckpumpstufe
32: Holweckhülse
32a: Nabe
33, 35, 35x, 35y: Zwischeneinlass
35z: radiale Öffnung
39: Gehäusewand
45: Abdeckung
50: Rotor
51: Welle
53: Rotationsachse
55: Rotorscheibe
57: Holweckhülse
59: Nabe
61: Holweckstator
69: Wandabschnitt

111: Turbomolekularpumpe
113: Einlassflansch
115: Pumpeneinlass
117: Pumpenauslass
119: Gehäuse
121: Unterteil
123: Elektronikgehäuse
125: Elektromotor
127: Zubehöranschluss
129: Datenschnittstelle
131: Stromversorgungsanschluss
133: Fluteinlass
135: Sperrgasanschluss
137: Motorraum
139: Kühlmittelanschluss
141: Unterseite
143: Schraube
145: Lagerdeckel
147: Befestigungsbohrung
148: Kühlmittelleitung
149: Rotor
151: Rotationsachse
153: Rotorwelle
155: Rotorscheibe
157: Statorscheibe
159: Abstandsring
161: Rotornabe
163: Holweck-Rotorhülse
165: Holweck-Rotorhülse
167: Holweck-Statorhülse
169: Holweck-Statorhülse
171: Holweck-Spalt
173: Holweck-Spalt
175: Holweck-Spalt
179: Verbindungskanal
181: Wälzlager
183: Permanentmagnetlager
185: Spritzmutter
187: Scheibe
189: Einsatz
191: rotorseitige Lagerhälfte
193: statorseitige Lagerhälfte
195: Ringmagnet
197: Ringmagnet
199: Lagerspalt

201: Trägerabschnitt
203: Trägerabschnitt
205: radiale Strebe
207: Deckelelement
209: Stützring
211: Befestigungsring
213: Tellerfeder
215: Not- bzw. Fanglager
217: Motorstator
219: Zwischenraum
221: Wandung
223: Labyrinthdichtung
300: Bohrung
302: einlassseitiges Ende
304: einlassfernes Ende
310a, 310b: Rotorscheibe
312a, 312b: Hülsenabschnitt
314: Distanzhülse
320: statische Lageranordnung
322: rotorseitige Lageranordnung
324: Permanentlageranordnung
326: Ringmagnet
330: Statorhülse
332: Holwecknut
334: Auslassraum
336: Dichtungsring
338, 338a, 338b: Auslasskanal
339: Unterteil
339a: Zentralabschnitt
339b: Basis
340: Kanal
342: Motorstator
344: Aufnahmeraum
350, 350a: Vorvakuumflansch
352: Kanal
356a, 356b: Seitenwand
358a: axialer Kanalabschnitt
358b: geneigter Kanalabschnitt
360: Transferkanal
362: Deckel
364: Kühlrippen

400: Sammelraum

A, A1, A2: axiale Erstreckung
D, D1: Durchmesser
B: Breite des Sammelraums
H: Höhe des Sammelraums
GS1, GS2: Gasstrom

Claims

Rotor (50) für eine Turbomolekularpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpstufe (29x), der eine drehbar lagerbare Welle (51) umfasst, die eine mit einer Rotationsachse (53) der Welle (51) koaxial angeordnete Bohrung (300) aufweist, wobei die Bohrung (300) eine axiale Erstreckung (A1) aufweist, die mehr als 40%, insbesondere mehr als 45%, bevorzugt mehr als 50% einer axialen Erstreckung (A) der Welle (51) beträgt, und die einen Durchmesser aufweist, der in einem sich über mehr als 70%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% der axialen Erstreckung der Bohrung erstreckenden Abschnitt mehr als 50%, insbesondere mehr als 65%, bevorzugt mehr als 80% des Durchmessers der Welle beträgt.
Rotor (50) nach Anspruch 1,
wobei sich die Bohrung (300) - in Gebrauchslage des Rotors (51) - von einem einem Einlass (27) der Turbomolekularpumpe zugewandten Ende (302) des Rotors (51) in dessen Inneres erstreckt.
Rotor (50) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die axiale Erstreckung der Bohrung (300) mehr als 50%, insbesondere mehr als 60%, bevorzugt mehr als 70% einer axialen Erstreckung (A2) eines Abschnitts der Welle (51) beträgt, der die zumindest eine Turbomolekularpumpstufe (29x) trägt, insbesondere wobei die Welle (51) im Bereich der axialen Erstreckung (A1) der Bohrung (300) zumindest 2, insbesondere zumindest 3, bevorzugt zumindest 4 Turbomolekularpumpstufen (29x) trägt.
Rotor (50) für eine Turbomolekularpumpe mit zumindest zwei Turbomolekularpumpstufen (29x), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor (50) eine drehbar lagerbare Welle (51) umfasst, die zumindest zwei Gruppen von Rotorscheiben (310a, 310b) trägt, die jeweils einen rotorseitigen Teil einer der Turbomolekularpumpstufen (29x) bilden, wobei die Gruppen identisch ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 4,
wobei eine Gruppe zumindest zwei Bauteile umfasst, wobei eines der Bauteile zwei Rotorscheiben (310b) bildet, insbesondere wobei die beiden Rotorscheiben (310b) durch einen Hülsenabschnitt miteinander verbunden sind.
Rotor nach Anspruch 5,
wobei zumindest eines der Bauteile einstückig ausgestaltet ist, insbesondere wobei die Bauteile durch einen spanenden Prozess hergestellt sind.
Turbomolekularpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpstufe (29x), insbesondere Splitflowpumpe, die einen Rotor, insbesondere einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfasst, der mittels einer Permanentlagereinrichtung (324) bei Betrieb der Turbomolekularpumpe relativ zu raumfest angeordneten Komponenten (203) der Turbomolekularpumpe drehbar gelagert ist, wobei die Permanentlagereinrichtung (324) zumindest eine rotorseitige Lageranordnung (322) und eine statische Lageranordnung (320) aufweist und wobei eine axiale Erstreckung der rotorseitigen Lageranordnung (322) größer ist als die der statischen Lageranordnung (320).
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach Anspruch 7, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x), das zumindest eine erste Holweckpumpstufe (31x) und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe (31x) aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind,

zumindest einen ersten Zwischeneinlass (35x), der in Pumprichtung vor oder im Bereich der erste Holweckpumpstufe (31x) angeordnet ist, und

zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe (31x) gelegenen zweiten Zwischeneinlass (35y).
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x), das zumindest eine erste Holweckpumpstufe (31x) und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe (31x) aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind, und

zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe (31x) gelegenen Zwischeneinlass (35y), wobei der Zwischeneinlass (35y) eine radiale Öffnung (35z) in einem sich in axialer Richtung erstreckenden Wandabschnitt umfasst, die sich an einen pumpaktiven Abschnitt eines Holweckstators (330) der ersten Holweckpumpstufe (31) anschließt.
Turbomolekularpumpe nach Anspruch 9,
wobei der Holweckstator eine Hülse umfasst, die sowohl den Wandabschnitt als auch den pumpaktiven Abschnitt aufweist.
Turbomolekularpumpe nach Anspruch 9 oder 10,
wobei eine Dichtungsanordnung (336) zum auslassseitigen Abdichten der Turbomolekularpumpe gegenüber der Atmosphäre in axialer Richtung von dem Pumpeneinlass (27) aus gesehen unterhalb der radialen Öffnung (35z) angeordnet ist.
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x), das zumindest eine erste Holweckpumpstufe (31x) und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe (31x) aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind, und
zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe (31x) gelegenen Zwischeneinlass (35y),

wobei ein auslassseitiges Ende der ersten Holweckpumpstufe (31x), ein einlassseitiges Ende der zweiten Holweckpumpstufe (31x) und - falls vorhanden - die radiale Öffnung (35z) des Zwischeneinlasses (35y) in einen ringförmigen Sammelraum (400) münden, dessen axiale Erstreckung (H) zumindest 50%, insbesondere zumindest 75%, bevorzugt zumindest 100% seiner Breite (B) beträgt.
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 12, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x) und

ein Unterteil (339) mit einem Aufnahmeraum (344), der einen Motorstator (342) eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems (29x, 31x) aufnimmt, wobei das Unterteil (339) zumindest einen Kanal (340) aufweist, der mit einem auslassseitigen Ende (334) des Pumpsystems (29x, 31x) und mit einem Abschnitt des Aufnahmeraums (344) in Verbindung steht, der in axialer Richtung durch den Motorstator (342) begrenzt wird und der dem auslassseitigen Ende (334) des Pumpsystems (29x, 31x) abgewandt ist.
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 13, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x), das zumindest eine erste Holweckpumpstufe (31x) und eine in Pumprichtung folgende zweite Holweckpumpstufe (31x) aufweist, die insbesondere radial ineinander angeordnet sind, und

zumindest einen zwischen der ersten und der zweiten Holweckpumpstufe (31x) gelegenen Zwischeneinlass (35y),
wobei ein Abschlusselement (339, 362) vorgesehen ist, das die Turbomolekularpumpe in einem montierten Zustand in axialer Richtung zumindest abschnittsweise abdeckt und das zumindest einen Kanal (352) zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Zwischeneinlass (35y) und einer Vakuumkammer (19x) eines Rezipienten (11) umfasst, wobei das das Abschlusselement (339, 362) ein erstes Formmerkmal (356a) aufweist, das in Eingriff mit einem zweiten Formmerkmal (356b) bringbar ist, das komplementär zu dem ersten Formmerkmal (356a) ausgebildet ist und das an dem Rezipienten (11) vorgesehen ist.
Turbomolekularpumpe, insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 14, umfassend:
einen Pumpeneinlass (27),

einen Pumpenauslass,

ein in einer Pumprichtung vom Pumpeneinlass (27) zum Pumpenauslass wirksames Pumpsystem (29x, 31x) und

ein Unterteil (339), das einen Motorstator (342) eines Antriebsmotors zum Antrieb des Pumpsystems (29x, 31x) aufnimmt und das zumindest einen Auslasskanal (338b) aufweist, der mit einem auslassseitigen Ende (334) des Pumpsystems (29x, 31x) und dem Pumpenauslass in Verbindung steht, wobei der Auslasskanal (338b) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kanalabschnitt (358a) und einen geneigten Kanalabschnitt (358B) aufweist, der sich schräg zu der axialen Richtung erstreckt.