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Dokumentenidentifikation DE202005019644U1 31.05.2007
Titel Turbomolekularpumpe
Anmelder Leybold Vacuum GmbH, 50968 Köln, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 202005019644
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 31.05.2007
Registration date 26.04.2007
Application date from patent application 16.12.2005
IPC-Hauptklasse F04D 19/04(2006.01)A, F, I, 20051216, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und mindestens einem Zwischeneinlass.

Eine Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und mindestens einem Zwischeneinlass weist einen Turbo-Abschnitt vor und mindestens einen Pump-Abschnitt hinter dem Zwischeneinlass auf. Der Pumpenrotor wird durch ein mechanisches Radial-Lager und ein mechanisches Radial-Axial-Lager gelagert. Es besteht der Wunsch, derartige Turbomolekularpumpen mit immer höheren Gasdurchsätzen und mit immer höheren Kompressionsvermögen zu betreiben.

Durch die hierdurch zwangsläufig zunehmende Reibung in den mechanischen Lagern erhöht sich die Eigenerwärmung und damit die Betriebstemperatur der Turbomolekularpumpe. Es wird dadurch die Gefahr erhöht, dass das tribologische System der mechanisch gelagerten Turbomolekularpumpe durch den temperaturbedingt erhöhten Verschleiß relativ früh versagt. Hinzu tritt, dass die Pumpenrotoren und Pumpenstatoren einer Turbomolekularpumpe zur Erhaltung eines günstigen Wirkungsgrades ausgesprochen engspaltig konstruiert sind, was eine Minimierung der Eigenerwärmung erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit einer Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und mindestens einem Zwischeneinlass zu erhöhen.

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

Bei der erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpe sind sowohl das Radial-Lager als auch das Radial-Axial-Lager als aktive Magnet-Lager ausgebildet. Die gesamte 5-achsige Lagerung des Rotors erfolgt im Normalfall berührungslos, nur bei Störungen übernehmen mechanische Fanglager vorübergehend die Lagerung. Hierdurch wird gerade bei zunehmenden Gasdurchsätzen und höheren Kompressionen und damit höheren Drücken die lagerungsbedingte Erwärmung auf ein technisch unvermeidbares Minimum reduziert. Zum einen wird die durch überhöhte Temperaturen bedingte Alterung und Schwächung aller Bauteile der Turbomolekularpumpe erheblich reduziert. Zum anderen unterliegen die aktiven Magnet-Lager keiner mit mechanischen Wälzlagern vergleichbaren Alterung bzw. Abnutzung. Die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer einer Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und einem Nebeneinlass werden auf diese Weise erheblich erhöht.

Vorzugsweise ist der Rotor fliegend gelagert. Der fliegend angeordnete Teil des Rotors sind vorzugsweise die beiden Turbo-Abschnitte des Rotors. Mit dieser Anordnung wird unter anderem vermieden, dass der Einlassquerschnitt des Haupteinlasses durch ein relativ viel Bauraum erforderndes Magnet-Lager verkleinert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei weitere Pump-Abschnitte vorgesehen, und sind die Lager zwischen den ersten beiden und den beiden folgenden Pump-Abschnitten angeordnet. Zu beiden Längsseiten der Lager sind also jeweils zwei oder mehr Pump-Abschnitte des Rotors fliegend gelagert. Auf diese Weise kann mit relativ geringem Lagerungsaufwand eine Turbomolekularpumpe mit vier oder mehr Pump-Abschnitten realisiert werden.

Vorzugsweise sind alle Lager, also die beiden Axiallager sowie das Radial-Lager, in einer Lagerkartusche angeordnet. Die Lagerkartusche erleichtert die Montage der Turbomolekularpumpe, da die gesamte Lagerung sowie der elektrische Antrieb in der Lagerkartusche komplett vormontiert sind, bevor die Lagerkartusche zusammen mit dem Rotor in das Turbomolekularpumpen-Gehäuse eingebaut wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung folgt dem letzten Turbo-Abschnitt ein Pump-Abschnitt, der nicht nach dem Axialverdichter-Prinzip arbeitet. Dieser Pump-Abschnitt kann beispielsweise ein Holweck-Abschnitt sein und hat im Bereich des Vorvakuums gegenüber Turbo-Abschnitten bessere Verdichtungseigenschaften, so dass mit einer einzigen Pumpe auf relativ hohe Auslass-Drücke komprimiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen allen Pump-Abschnitten jeweils ein Zwischeneinlass vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Turbomolekularpumpe geschaffen, die zwei oder mehr Druckniveaus an ihren Einlässen zur Verfügung stellen kann.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine Turbomolekularpumpe im Längsschnitt mit zwei Turbo-Abschnitten und einem Holweck-Abschnitt sowie zwei Zwischeneinlässen, und

2 eine zweite Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe im Längsschnitt mit vier Turbo-Abschnitten und einem Holweck-Abschnitt sowie vier Zwischeneinlässen.

In der 1 ist eine Hochvakuum-Turbomolekularpumpe 10 dargestellt, die als sogenannte Multiple-Inlet-Pumpe ausgebildet ist. Die Turbomolekularpumpe 10 weist mehrere Pump-Abschnitte 12, 14, 16 und neben einem Haupteinlass 18 zwei Zwischeneinlässe 20, 22 auf.

Die Turbomolekularpumpe 10 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 24, in dem zwei Pumpenstatoren 26, 28 sitzen, einem Rotor 30, der von einer Rotorwelle 32 und zwei Pumpenrotoren 34, 36 gebildet wird, sowie einer Lagerkartusche 38.

Die Lagerkartusche 38 enthält sowohl die komplette Rotorlagerung als auch einen elektrischen bürstenlosen Antriebsmotor 40.

Die Lagerung wird gebildet von zwei aktiven magnetischen Radial-Lagern 42, 44, zwei Radialsensoren 46, 48, einem axialen aktiven Magnet-Lager 50, einem Axialsensor 52 sowie mehreren als Wälzlager ausgebildeten Fanglagern 54, 56. Die Lagerung des Rotors 30 ist bei störungsfreiem Betrieb berührungslos und wird vollständig durch die aktiv geregelten Magnet-Lager 42, 44, 50 gebildet.

Die beiden Pump-Abschnitte 12, 14 sind als Turbo-Abschnitte und jeweils mehrstufig ausgebildet, d.h. werden von mehreren Paaren einer Statorflügelscheibe und einer Rotorflügelscheibe gebildet. Zwischen dem haupteinlassseitigen distalen Turbo-Abschnitt 12 und dem darauffolgenden proximalen Turbo-Abschnitt 14 ist der erste Zwischeneinlass 20 vorgesehen, dessen Einlassquerschnitt möglichst groß ausgebildet ist. Der folgende zweite Zwischeneinlass 22 ist ungefähr in der axialen Mitte des folgenden Pump-Abschnittes 16, eines Holweck-Abschnittes 16, angeordnet. Axial hinter dem Holweck-Abschnitt 16 ist ein radialer Vorvakuum-Auslass 60 angeordnet, durch den das verdichtete Gas ausgestoßen wird.

Der Pumpenrotor 30 ist fliegend gelagert, d.h. die Rotorwelle 32 ist nicht an beiden Enden gelagert, sondern ein Rotorende ist nicht radial abgestützt. Dieses Rotorende trägt im Wesentlichen die beiden Pumpenrotoren 34, 36 der beiden Turbo-Abschnitte 12, 14.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Turbomolekularpumpe 70 dargestellt, die vier Pump-Abschnitte 72, 74, 76, 78, die als Turbo-Abschnitte ausgebildet sind, sowie einen sich daran anschließenden Holweck-Abschnitt 80 als nicht nach dem Axialverdichter-Prinzip arbeitender Pump-Abschnitt 80 aufweist. Der Rotor 82 ist mit seinen beiden axialen Enden fliegend gelagert, d.h. nur in seinem Mittelbereich gelagert. Die Lagerung und der Antrieb befinden sich in der Lagerkartusche 38, die ungefähr in der axialen Mitte des Rotors 82 angeordnet ist.

Zwischen jedem der fünf Abschnitte 72-80 ist jeweils ein Zwischeneinlass 91, 92, 93, 94 vorgesehen, durch die verschiedene Drücke in einem angeschlossenen Behälter generiert werden können.


Anspruch[de]
Turbomolekularpumpe (10) mit einem Haupteinlass (18) und mindestens einem Zwischeneinlass (20), mit

jeweils einem Turbo-Abschnitt (12) vor und einem Pump-Abschnitt (14) hinter dem Zwischeneinlass (20), und

einem Rotor (30), der durch ein Radial-Lager (42) und ein Radial-Axial-Lager (44, 50) gelagert ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Radial-Lager (42) und das Radial-Axial-Lager (44, 50) als aktive Magnet-Lager ausgebildet sind.
Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) fliegend gelagert ist. Turbomolekularpumpe (70) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Pump-Abschnitte (76, 78) vorgesehen sind, und die Lager zwischen den ersten beiden Abschnitten (72, 74) und den beiden folgenden Abschnitten (76, 78) angeordnet sind. Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (42, 44, 50) und ein elektrischer Antriebsmotor (40) in einer Lagerkartusche (38) angeordnet sind. Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem letzten Turbo-Abschnitt (14) ein Pump-Abschnitt (16) folgt, der nicht nach dem Axialverdichter-Prinzip arbeitet. Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen Abschnitten (12, 14, 16; 72, 74, 76, 78, 80) jeweils ein Zwischeneinlass (20, 22; 91, 92, 93, 94) vorgesehen ist.






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