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EP4474654A1 - Turbomolecular vacuum pump - Google Patents

Turbomolecular vacuum pump Download PDF

Info

Publication number
EP4474654A1
EP4474654A1 EP24162769.4A EP24162769A EP4474654A1 EP 4474654 A1 EP4474654 A1 EP 4474654A1 EP 24162769 A EP24162769 A EP 24162769A EP 4474654 A1 EP4474654 A1 EP 4474654A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holweck
pumping
region
area
radially outer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24162769.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maximilian Birkenfeld
Michael Schweighöfer
Martin Lohse
Jan Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum Technology AG filed Critical Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority to EP24162769.4A priority Critical patent/EP4474654A1/en
Publication of EP4474654A1 publication Critical patent/EP4474654A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044Holweck-type pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042Turbomolecular vacuum pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/046Combinations of two or more different types of pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/23Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/232Three-dimensional prismatic conical

Definitions

  • the invention relates to a turbomolecular vacuum pump with at least one turbomolecular pump unit and at least one Holweck pump unit arranged downstream of the turbomolecular pump unit in the pumping direction, which has at least two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to a common axis of rotation and which follow one another in the pumping direction, wherein the Holweck stages each comprise a Holweck stator with a Holweck thread which has Holweck webs protruding from a channel base and Holweck channels delimited by the walls of the Holweck webs and faces a common Holweck rotor of the Holweck pump unit which rotates about the axis of rotation during operation and which delimits a radially outer Holweck pumping region with one Holweck stator and a radially inner Holweck pumping region with the other Holweck stator, wherein in a transition region at the free end of the Holweck rotor an outlet region of the radially outer Holweck
  • the invention further relates to a vacuum system with a turbomolecular vacuum pump as disclosed herein and with a recipient to be evacuated, wherein the turbomolecular vacuum pump is designed as a split-flow vacuum pump having one or more radial suction inlets, each of which is connected to an opening of the recipient during operation.
  • the invention further relates to a leak detection system with a turbomolecular vacuum pump as disclosed herein, which can be connected to a test object to be evacuated and with a detector, in particular a mass spectrometer, for detecting a test gas, wherein the turbomolecular vacuum pump is connected to the detector via an axial or radial gas inlet and downstream of the gas inlet a radial gas inlet for the test gas is provided in the Holweck pump unit.
  • turbomolecular vacuum pumps are basically known, for example from EP 3 845 764 A2 , EP 2 933 497 A2 and EP 3 657 021 A1 Vacuum systems and leak detection systems of the above type are also generally known.
  • Vacuum pumps are used in various areas of technology. Depending on the requirements, the vacuum pumps have one or more pump units.
  • a Holweck pump unit belongs to the class of molecular vacuum pumps and generates a molecular flow through the rotation of the Holweck rotor relative to the respective Holweck stator.
  • a Holweck pump unit can comprise one or more Holweck stages, whereby several Holweck stages can pump both in series and in parallel to one another.
  • Holweck pump units are typically used in turbomolecular vacuum pumps and are arranged downstream in the pumping direction of one or more turbomolecular pump stages that form a turbomolecular pump unit.
  • a Holweck stage comprises a Holweck rotor and a Holweck stator, whereby the Holweck rotor is attached to a rotor of the pump by means of a disk-shaped Holweck hub, for example, which is set in rotation by a drive motor of the pump during pumping operation.
  • the Holweck rotor is also referred to as a Holweck sleeve and typically has a hollow cylindrical shape.
  • a Holweck pump unit can have several Holweck sleeves that are attached concentrically to the Holweck hub.
  • the Holweck stator is provided with a single or multiple-start Holweck thread.
  • the gas molecules to be conveyed are by the rotating movement of the Holweck rotor relative to the Holweck stator along the threads from an inlet to an outlet.
  • a thread comprises a circumferential Holweck channel (also known as a Holweck groove) delimited by walls of Holweck webs, in which the gas molecules are conveyed when the Holweck rotor rotates relative to the Holweck stator.
  • the width of the radial gap (Holweck gap) between the top of the Holweck web, also known as the tip, and the Holweck sleeve is kept comparatively small compared to the web height.
  • Holweck pump units are also known, in which several Holweck stages are arranged concentrically one inside the other (also referred to as “nested” Holweck stages), so that the gas flows from Holweck stages that immediately follow one another radially are opposite to one another.
  • Two consecutive Holweck stages namely a (radially) outer Holweck stage and a (radially) inner Holweck stage, can comprise a common Holweck stator provided with a Holweck thread on both sides, hereinafter also referred to as a "double-sided" Holweck stator, which is located between two concentric Holweck rotors.
  • the pumping speed is the volume flow of a gas being pumped through a specific cross-sectional area per unit of time.
  • the object of the invention is to improve a turbomolecular vacuum pump of the type mentioned at the outset in such a way that, in connection with a radial gas inlet, backflow effects in the Holweck pump unit are minimized and the highest possible suction capacity is available for the radial gas inlet.
  • the radial gas inlet opens either into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pumping region, in particular into the downstream half or into the downstream third, quarter, fifth or sixth of the radially outer Holweck pumping region, and that the outlet region and the inlet region each have a free cross-sectional area defined by the Holweck channels in a cross-sectional plane running perpendicular to the axis of rotation, in which the pumping effect ends or begins, and the free cross-sectional area of the inlet region is larger by a factor f > 1 than the free cross-sectional area of the outlet region.
  • the free cross-sectional area on the inlet side or outlet side is also referred to as openness.
  • the Holweck stators are preferably designed to be multi-threaded, i.e. they each have a plurality, e.g. 4, 6 or 8, of parallel Holweck channels, which are separated from each other in pairs by one of the Holweck webs.
  • the invention thus enables a considerable increase in the performance of Holweck pump units and thus of turbomolecular vacuum pumps equipped with such Holweck pump units, which in practice is of great advantage, especially for split-flow applications and leak detection applications that require one or more radial gas inlets.
  • the inlet side openness can be varied in different ways.
  • the height of the Holweck webs in the inlet area is greater than the height of the Holweck webs in the outlet area.
  • the width of the Holweck webs measured in the circumferential direction is greater in the inlet region than in the outlet region.
  • the number of Holweck webs in the radially inner Holweck pumping region is smaller than the number of Holweck webs in the radially outer Holweck pumping region.
  • the Holweck stator delimiting the radially inner Holweck pumping area can be a Holweck stator provided with a Holweck thread on both sides, which delimits a further Holweck pumping area radially further inward with a further Holweck rotor.
  • the Holweck stator provided with the Holweck thread on both sides has a wall thickness measured in the radial direction, wherein in the inlet area the wall thickness is smaller than the height of the Holweck webs of the radially inner Holweck pump area.
  • the radially outer Holweck pumping region and/or the radially inner Holweck pumping region are each conically designed such that the height of the Holweck webs continuously decreases in the pumping direction.
  • a conicity angle defined by the channel base of the radially outer Holweck pumping area and a conicity angle defined by the channel base of the radially inner Holweck pumping area are at least substantially equal or different from one another.
  • the conicity angle of the radially outer Holweck pumping area can be larger or smaller than the conicity angle of the radially inner Holweck pumping area.
  • the radially outer Holweck pumping area and/or the radially inner Holweck pumping area can each be cylindrical.
  • At least one pump-effective section of the radially outer Holweck stator which delimits the radially outer Holweck pumping area with the Holweck rotor, is designed as a single piece.
  • the radial gas inlet opens into the radially outer Holweck pumping area upstream of the transition area and extends through the single-piece pump-effective section of the radially outer Holweck stator.
  • the single-piece design facilitates manufacture and assembly of the Holweck pump unit.
  • the greater inlet-side openness of the radially inner Holweck pumping area is also advantageous for a radial gas inlet located upstream of the transition area in terms of suction capacity and backflow minimization, i.e. no two-part radially outer Holweck stator is required to ensure greater openness downstream of the mouth of the radial gas inlet.
  • the radial gas inlet in the Holweck pump unit extends through a pump housing above a lower part or intermediate component of the vacuum pump, in which the transition region is at least partially located. This is particularly advantageous if, for example, in a split-flow vacuum pump, one or more further radial gas inlets are present upstream, since the outside of the pump housing can then serve as a common sealing surface for the radial gas inlets.
  • At least one further radial gas inlet is arranged upstream of the radial gas inlet into the Holweck pump unit, in particular wherein the further radial gas inlet opens into the Holweck pump unit or into the turbomolecular pump unit.
  • an outer side of a pump housing through which at least some of the plurality of radial gas inlets extend can advantageously be used as a common sealing surface.
  • one of the radial suction inlets is the radial gas inlet opening into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pumping region.
  • the radial gas inlet for the test gas is the radial gas inlet opening into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pump region.
  • the turbomolecular vacuum pump 111 shown (hereinafter also referred to as turbomolecular pump or vacuum pump) 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.
  • a backing pump such as a rotary vane pump
  • the inlet flange 113 forms the vacuum pump in accordance with 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 housed in the electronics housing 123, e.g. for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (see also Fig. 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.
  • a data interface 129 e.g. according to the RS485 standard
  • a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.
  • turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.
  • 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 is also arranged, via which purge gas can be fed to protect the electric motor 125 (see e.g. Fig. 3 ) can be let into the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, before the gas delivered by the pump.
  • two coolant connections 139 are also arranged, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection as an outlet for coolant that can be fed into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) are operated exclusively with air cooling.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a base 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 thus operated in a hanging position.
  • the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be put into operation when it is aligned in a different way than in Fig. 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 is not arranged facing downwards, but rather facing to the side or facing upwards. In principle, any angle is possible.
  • Mounting holes 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be attached to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which are in particular larger than the pump shown here.
  • a coolant line 148 is shown in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pumping 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 a rotation axis 151.
  • the turbomolecular pump 111 comprises several turbomolecular pump stages connected in series with one another for pumping purposes, with several radial rotor disks 155 attached 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 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 arranged one inside the other in the radial direction and connected in series to pump effectively. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pump stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder-jacket-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 which are fastened to and supported by the rotor hub 161 and which are oriented coaxially to the rotation axis 151 and are nested in one another in the radial direction. Furthermore, two cylinder-jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis 151 and are nested in one another in the radial direction.
  • the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, i.e. by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 is opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171, and together with this forms the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps.
  • the radial inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 is opposite the radial outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169, forming a radial Holweck gap 173, and together with this forms a second Holweck pump stage.
  • the radial inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 lies opposite the radial outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165, forming a radial Holweck gap 175 and together forms the third Holweck pump stage.
  • a radially extending channel can be provided at the lower end of the Holweck rotor sleeve 163, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 can also be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165.
  • the above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running spirally around the rotation axis 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and propel the gas in the Holweck grooves for operating the vacuum pump 111.
  • a rolling bearing 181 is provided in the area of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 is provided in the area of the pump inlet 115.
  • a conical spray nut 185 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 is provided on the rotor shaft 153.
  • the spray nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of a fluid reservoir.
  • a spray screw can be provided instead of a spray nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.
  • the operating fluid storage comprises several absorbent disks 187 stacked on top of each other, which are impregnated with an operating fluid for the rolling bearing 181, e.g. with a lubricant.
  • the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it fulfills a lubricating function, for example.
  • 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 rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each of which comprises a ring stack of several permanent magnet rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction.
  • the ring magnets 195, 197 lie opposite one another to form a radial bearing gap 199, with 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 repulsion forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be radially supported.
  • the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the rotation axis 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a connected fastening ring 211.
  • a disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnets 197.
  • An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages when there is an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator in order to form a radial stop for the rotor 149 so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented.
  • the safety 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 safety bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the safety bearing 215 engages is large enough so that the safety bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented under all circumstances.
  • the vacuum pump 111 comprises the electric motor 125 for rotating the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, whose rotor shaft 153 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 extending through the motor stator 217.
  • the motor stator 217 is fixed in the housing within the motor compartment 137 provided for the electric motor 125.
  • a sealing gas which is also referred to as purge gas and which can be air or nitrogen, for example, can enter the motor compartment 137 via the sealing gas connection 135.
  • the electric motor 125 can be protected from process gas, e.g. from corrosive components of the process gas, via the sealing gas.
  • the motor compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. the vacuum pressure in the motor compartment 137 is at least approximately the vacuum pressure caused by the forevacuum pump connected to the pump outlet 117.
  • a so-called labyrinth seal 223, which is known per se, can be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve a better sealing of the motor compartment 217 with respect to the Holweck pump stages located radially outside.
  • Fig. 6 shows schematically some components of a turbomolecular vacuum pump according to the prior art, wherein the turbomolecular vacuum pump can furthermore be designed as described above in connection with the Fig. 1 to 5 has been described.
  • FIG. 6 A turbomolecular pump unit 11 and a Holweck pump unit 13 are shown. Both pump units 11, 13 have a common rotor 12, which rotates about a rotation axis 15 during pumping operation.
  • the drive motor for the rotor 12 is in Fig. 6 not shown.
  • the turbomolecular pump unit 11 comprises a plurality of rotor disks 11a, which are connected in a rotationally fixed manner to the rotor 12. Not shown in the turbomolecular pump unit 11 are the stator disks, which cooperate with the rotor disks 11a in a known manner to produce a pump.
  • the Holweck pump unit 13 includes the Holweck hub 26, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 12, the Holweck rotor 25, which is connected in a rotationally fixed manner to the Holweck hub 26 and is also referred to as a Holweck sleeve, as well as a radially outer Holweck stator 17a and a radially inner Holweck stator 17b.
  • the Holweck pump unit 13 comprises two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to the rotation axis 15 and which follow one another in the pumping direction.
  • Each Holweck stage comprises the respective Holweck stator 17a, 17b, which comprises a multi-start Holweck thread which has Holweck webs 21 protruding from a channel base 19 and Holweck channels 23 delimited by the walls of the Holweck webs 21.
  • This Holweck thread faces the respective side of the Holweck rotor 25.
  • the Holweck rotor 25 thus forms a radially outer Holweck pumping region 27 with the radially outer Holweck stator 17a and a radially inner Holweck pumping region 29 with the radially inner Holweck stator 17b.
  • the flow path of a gas to be pumped is in Fig. 6 indicated by the arrows.
  • the gas to be pumped initially flows via an axial pump inlet (not shown) in the pump housing (also not shown) into the turbomolecular pump unit 11, through this to an axial gas inlet 33 in the radially outer Holweck pumping area 27, through this to an outlet area 27a of the radially outer Holweck pumping area 27, into a transition area 31 at the free end of the Holweck rotor 25, into an inlet area 29a of the radially inner Holweck pumping area 29, through this and then via a flow path (not shown in more detail) to an outlet of the turbomolecular vacuum pump.
  • the outlet region 27a of the radially outer Holweck pumping region 27 is located in a cross-sectional plane perpendicular to the rotation axis 15 in an axial position - relative to the rotation axis 15 - at which the pumping effect of the radially outer Holweck pumping region 27 ends, i.e. where the Holweck channels 23 end. Accordingly, the pumping effect of the radially inner Holweck pumping region 29 begins at its inlet region 29a and thus in a cross-sectional plane running perpendicular to the rotation axis 15, in which the Holweck channels 23 begin.
  • the cross-sectional plane in which the outlet region 27a is located and in which the pumping action of the radially outer Holweck pumping region 27 ends, and the cross-sectional plane in which the inlet region 29a is located and in which the pumping action of the radially inner Holweck pumping region 29 begins, can coincide.
  • these two cross-sectional planes can also be spaced apart from one another in the axial direction.
  • the inlet-side openness is significantly smaller than the outlet-side openness, since the height of the Holweck webs 21 of the radially inner Holweck pumping area 29 is smaller than the height of the Holweck webs 21 of the radially outer Holweck pumping area 27.
  • the radially outer Holweck pumping area 27 is conical in such a way that the height of the Holweck webs 21 decreases in the pumping direction.
  • the radially outer Holweck pumping stage is therefore a conical pumping stage.
  • the conicity or a respective conicity angle measured with respect to the rotation axis 15 is defined by the channel base 19.
  • Such conical Holweck pumping stages are basically known.
  • the radially inner Holweck stage is cylindrical here. It is also basically known to have both a radially outer Holweck pumping stage and a radially inner Holweck pumping stage, which - as in the example of the Fig. 6 - have a common Holweck rotor 25, each of which is conical.
  • FIG. 6 a turbomolecular vacuum pump is only shown schematically, Fig. 7 a concrete example from the state of the art.
  • FIG. 7 a lower part 39 of the vacuum pump, on which the radially inner Holweck stator 17b is supported with its lower end. It can be seen that the transition region 31 between the outlet region of the radially outer pumping region 27 and the inlet region of the radially inner Holweck pumping region 29 is located within the lower part 39, since the Holweck rotor 25 extends with its free end into the lower part 39.
  • the radially inner Holweck stator 17b is a Holweck stator with a Holweck thread on both sides. This double-sided Holweck stator 17b limits with another, radially inner Holweck rotor 25 a further Holweck pumping area 43. While the Holweck pumping areas 29 and 43 delimited by the radially inner Holweck stator 17b are each cylindrical, the radially outer Holweck pumping area 27 - as in the example of the Fig. 6 - conical in shape.
  • the Holweck pump unit 13 of a turbomolecular vacuum pump according to the invention differs from the prior art, as exemplified above with reference to Fig. 6 and 7 has been described, in that the inlet region 29a of the radially inner Holweck pumping region 29 has a greater openness than the outlet region 27a of the radially outer Holweck pumping region 27.
  • the axial height of the radial gas inlet - related to the rotation axis (not shown here) - can vary in practice. Two different possibilities are shown as examples in Fig. 8 shown.
  • the arrow 35 shows a radial gas inlet which opens into the transition region 31 between the outlet region 27a and the inlet region 29a.
  • a radial gas inlet can open slightly further upstream into the radially outer Holweck pump region 27, as it in Fig. 8 is shown by the arrow 35'.
  • Such a radial gas inlet 35' located slightly upstream of the transition region 31 can be used, for example, when - as in the example of the Fig. 7 shown - the transition region 31 is located within a pump base 39. Even with such a radial gas inlet 35', the higher suction capacity generated by the greater openness at the inlet region 29a of the radially inner Holweck pump region 29 has an advantageous effect.
  • both Holweck pumping areas 27, 29 are conical, ie the height of the Holweck webs 21 decreases in the pumping direction. Gas to be pumped therefore also enters the Fig. 8 - coming from the turbomolecular pump unit 11 - via an axial gas inlet 33 into the radially outer Holweck pumping area 27 and then passes via the transition area 31 into the radially inner Holweck pumping area 29 and from there either to a gas outlet of the vacuum pump or into one or more further Holweck pumping areas, for example according to the example of Fig.
  • the radially inner Holweck stator 17b of the Holweck pump unit 13 can also be a "double-sided" Holweck stator which is provided on both sides, i.e. radially outside and radially inside, with a Holweck thread which cooperates in a pumping manner with a respective Holweck sleeve 25 attached to the common Holweck hub 26.
  • the respective conicity of the Holweck pumping area 27, 29 is measured with respect to the axis of rotation.
  • the conicity angles ⁇ a and ⁇ i of the radially outer Holweck pumping area 27 and the radially inner Holweck pumping area 29 are in Fig. 8 drawn using dashed auxiliary lines.
  • the conicity angles ⁇ a and ⁇ i can be the same or different.
  • Fig. 9 illustrates the geometry at the inlet region 29a of the radially inner Holweck pumping region 29, specifically in the cross-sectional plane running perpendicular to the rotation axis 15, in which the Holweck channels 23 delimited by the Holweck webs 21 begin, ie in the cross-sectional plane in which the pumping action of the radially inner Holweck pumping region 29 begins.
  • Fig. 9 Also shown is the Holweck rotor 25, which interacts with the Holweck thread of the radially inner Holweck stator 17b, which comprises the Holweck webs 21.
  • the Holweck thread on the cylindrical wall 17c of the Holweck stator 17b is multi-threaded and here comprises eight parallel pumping Holweck channels 23, which are each separated from one another in pairs by a Holweck web 21.
  • the Holweck rotor 25 and stator wall 17c can begin in a different cross-sectional plane than the Holweck webs 21.
  • the pumping action of the radially inner Holweck pumping area 29 nevertheless begins where the Holweck channels 23 begin, which are jointly delimited by the channel base 19, i.e. by the outside of the stator wall 17c, and by the Holweck webs 21, and for whose pumping effectiveness the radial inside of the Holweck rotor 25 is required.
  • FIG. 9 schematically shown, one can imagine the geometric situation at the inlet area 29a in a Holweck pump unit 13 according to the invention - eg according to Fig. 8 - imagine.
  • Fig. 9 The radially outer Holweck stator 17a is not shown.
  • the geometric situation is corresponding for the outer Holweck stator 17a, whereby the Holweck thread of the radially outer Holweck stator 17a interacts with the radial outside of the Holweck rotor 25 and - as mentioned elsewhere - the pumping effect of the radially outer Holweck pumping area can end in a cross-sectional plane that differs from the cross-sectional plane in which the pumping effect of the radially inner Holweck pumping area 27a begins.
  • the tips of the Holweck webs 21 are slightly spaced from the facing inner side of the Holweck rotor 25.
  • the actual size ratios are shown in Fig. 9 not shown to scale.
  • the tips of the Holweck webs 21 lie in the cross-sectional view shown on a circle around the rotation axis 15, which in Fig. 9 represented by a dashed line and which - as mentioned - has a smaller radius than the inside of the Holweck rotor 25.
  • the Holweck channels 23 are pumping effective.
  • the size of the pumping effective free cross-sectional area at the inlet area 29a, i.e. in the Fig. 9 shown cross-sectional plane, is thus determined by the number of Holweck channels 23 and by their free cross-sectional areas, the latter being determined by the width B measured in the circumferential direction and the height H - i.e. by the distance between the web tip and the channel base 19 - of the respective delimiting Holweck webs 21.
  • the comparatively narrow ring area between the tips of the Holweck webs 21 and the inside of the Holweck rotor 25 is not counted towards the free cross-sectional area at the inlet area 29a, and in this sense does not contribute to the inlet-side openness of the radially inner Holweck pump area 29. The same applies to the outlet-side openness of the Fig. 9 not shown radially outer Holweck pump area 27.
  • a variation of both the inlet-side openness and the outlet-side openness can therefore be achieved, for example, by changing the width B, the height H or the number of Holweck webs 21.
  • These measures can also be combined as desired.
  • the openness can be changed by changing the height H and the width B of the Holweck webs.
  • the height H can be changed with the radial distance between the tips of the Holweck webs 21 and the inside of the Holweck rotor 25 remaining the same by changing the cylindrical area of the Holweck stator 17b, i.e.
  • the wall 17c of which the hollow webs 21 protrude radially outwards is provided with a smaller wall thickness, whereby the channel base 19 comes closer to the rotation axis 15.
  • the height H of the Holweck webs 21 can also be changed by changing the radial distance between the web tips and the inside of the Holweck rotor 25, as far as this is possible in each case without impairing the basic functionality, i.e. pumping efficiency, of the Holweck pump stage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularvakuumpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpeinheit und wenigstens einer in Pumprichtung der Turbomolekularpumpeinheit nachgeordneten Holweckpumpeinheit, die wenigstens zwei bezüglich einer gemeinsamen Rotationsachse konzentrisch ineinander liegende, in Pumprichtung aufeinander folgende Holweckstufen aufweist, wobei die Holweckstufen jeweils einen Holweckstator mit einem Holweckgewinde umfassen, das von einem Kanalgrund abstehende Holweckstege und von den Wänden der Holweckstege begrenzte Holweckkanäle aufweist und einem gemeinsamen, während des Betriebs um die Rotationsachse rotierenden Holweckrotor der Holweckpumpeinheit zugewandt ist, der mit dem einen Holweckstator einen radial äußeren Holweckpumpbereich und mit dem anderen Holweckstator einen radial inneren Holweckpumpbereich begrenzt, wobei in einem Übergangsbereich am freien Ende des Holweckrotors ein Auslassbereich des radial äußeren Holweckpumpbereiches in einen Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches übergeht, wobei zusätzlich zu einem axialen Gaseinlass in den radial äußeren Holweckpumpbereich ein radialer Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit vorgesehen ist, der entweder in den Übergangsbereich oder stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündet, und wobei der Auslassbereich und der Einlassbereich jeweils in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Querschnittsebene, in der die Pumpwirkung endet bzw. beginnt, eine von den Holweckkanälen definierte freie Querschnittsfläche aufweisen und die freie Querschnittsfläche des Einlassbereiches um einen Faktor f > 1 größer ist als die freie Querschnittsfläche des Auslassbereiches.The invention relates to a turbomolecular vacuum pump with at least one turbomolecular pump unit and at least one Holweck pump unit arranged downstream of the turbomolecular pump unit in the pumping direction, which has at least two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to a common axis of rotation and which follow one another in the pumping direction, wherein the Holweck stages each comprise a Holweck stator with a Holweck thread which has Holweck webs protruding from a channel base and Holweck channels delimited by the walls of the Holweck webs and faces a common Holweck rotor of the Holweck pump unit which rotates about the axis of rotation during operation and which delimits a radially outer Holweck pumping area with one Holweck stator and a radially inner Holweck pumping area with the other Holweck stator, wherein in a transition area at the free end of the Holweck rotor an outlet area of the radially outer Holweck pumping area merges into an inlet area of the radially inner Holweck pumping area, wherein in addition to an axial gas inlet into the radially outer Holweck pumping area, a radial gas inlet into the Holweck pump unit is provided which opens either into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pump region, and wherein the outlet region and the inlet region each have a free cross-sectional area defined by the Holweck channels in a cross-sectional plane running perpendicular to the axis of rotation, in which the pumping action ends or begins, and the free cross-sectional area of the inlet region is larger by a factor f > 1 than the free cross-sectional area of the outlet region.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomolekularvakuumpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpeinheit und wenigstens einer in Pumprichtung der Turbomolekularpumpeinheit nachgeordneten Holweckpumpeinheit, die wenigstens zwei bezüglich einer gemeinsamen Rotationsachse konzentrisch ineinander liegende, in Pumprichtung aufeinander folgende Holweckstufen aufweist, wobei die Holweckstufen jeweils einen Holweckstator mit einem Holweckgewinde umfassen, das von einem Kanalgrund abstehende Holweckstege und von den Wänden der Holweckstege begrenzte Holweckkanäle aufweist und einem gemeinsamen, während des Betriebs um die Rotationsachse rotierenden Holweckrotor der Holweckpumpeinheit zugewandt ist, der mit dem einen Holweckstator einen radial äußeren Holweckpumpbereich und mit dem anderen Holweckstator einen radial inneren Holweckpumpbereich begrenzt, wobei in einem Übergangsbereich am freien Ende des Holweckrotors ein Auslassbereich des radial äußeren Holweckpumpbereiches in einen Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches übergeht, und wobei zusätzlich zu einem axialen Gaseinlass in den radial äußeren Holweckpumpbereich ein radialer Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit vorgesehen ist.The invention relates to a turbomolecular vacuum pump with at least one turbomolecular pump unit and at least one Holweck pump unit arranged downstream of the turbomolecular pump unit in the pumping direction, which has at least two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to a common axis of rotation and which follow one another in the pumping direction, wherein the Holweck stages each comprise a Holweck stator with a Holweck thread which has Holweck webs protruding from a channel base and Holweck channels delimited by the walls of the Holweck webs and faces a common Holweck rotor of the Holweck pump unit which rotates about the axis of rotation during operation and which delimits a radially outer Holweck pumping region with one Holweck stator and a radially inner Holweck pumping region with the other Holweck stator, wherein in a transition region at the free end of the Holweck rotor an outlet region of the radially outer Holweck pumping region merges into an inlet region of the radially inner Holweck pumping region, and wherein in addition to an axial gas inlet into the radially outer Holweck pumping region, a radial gas inlet into the Holweck pump unit is provided.

Die Erfindung betrifft ferner ein Vakuumsystem mit einer Turbomolekularvakuumpumpe wie hierin offenbart und mit einem zu evakuierenden Rezipienten, wobei die Turbomolekularvakuumpumpe als Splitflow-Vakuumpumpe ausgebildet ist, die eine oder mehrere radiale Saugeinlässe aufweist, welche während des Betriebs jeweils mit einer Öffnung des Rezipienten in Verbindung stehen.The invention further relates to a vacuum system with a turbomolecular vacuum pump as disclosed herein and with a recipient to be evacuated, wherein the turbomolecular vacuum pump is designed as a split-flow vacuum pump having one or more radial suction inlets, each of which is connected to an opening of the recipient during operation.

Die Erfindung betrifft ferner Lecksuchsystem mit einer Turbomolekularvakuumpumpe wie hierin offenbart, die an einen zu evakuierenden Prüfgegenstand anschließbar ist, und mit einem Detektor, insbesondere einem Massenspektrometer, zum Nachweisen eines Prüfgases, wobei die Turbomolekularvakuumpumpe über einen axialen oder radialen Gaseinlass an den Detektor angeschlossen und stromabwärts des Gaseinlasses ein radialer Gaseinlass für das Prüfgas in die Holweckpumpeinheit vorgesehen ist.The invention further relates to a leak detection system with a turbomolecular vacuum pump as disclosed herein, which can be connected to a test object to be evacuated and with a detector, in particular a mass spectrometer, for detecting a test gas, wherein the turbomolecular vacuum pump is connected to the detector via an axial or radial gas inlet and downstream of the gas inlet a radial gas inlet for the test gas is provided in the Holweck pump unit.

Derartige Turbomolekularvakuumpumpen sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus EP 3 845 764 A2 , EP 2 933 497 A2 und EP 3 657 021 A1 . Auch sind Vakuumsysteme und Lecksuchsysteme der vorstehenden Art grundsätzlich bekannt.Such turbomolecular vacuum pumps are basically known, for example from EP 3 845 764 A2 , EP 2 933 497 A2 and EP 3 657 021 A1 Vacuum systems and leak detection systems of the above type are also generally known.

Vakuumpumpen werden in verschiedenen Gebieten der Technik eingesetzt. Je nach Anforderung weisen die Vakuumpumpen eine oder mehrere Pumpeinheiten auf. Eine Holweckpumpeinheit gehört zur Gattung der Molekularvakuumpumpen und erzeugt durch die Drehung des Holweckrotors relativ zu dem jeweiligen Holweckstator eine molekulare Strömung. Eine Holweckpumpeinheit kann eine oder mehrere Holweckstufen umfassen, wobei mehrere Holweckstufen sowohl seriell als auch parallel zueinander pumpen können. Holweckpumpeinheiten werden typischerweise in Turbomolekularvakuumpumpen eingesetzt und einer oder mehreren Turbomolekularpumpstufen, die eine Turbomolekularpumpeinheit bilden, in Pumprichtung nachgeordnet.Vacuum pumps are used in various areas of technology. Depending on the requirements, the vacuum pumps have one or more pump units. A Holweck pump unit belongs to the class of molecular vacuum pumps and generates a molecular flow through the rotation of the Holweck rotor relative to the respective Holweck stator. A Holweck pump unit can comprise one or more Holweck stages, whereby several Holweck stages can pump both in series and in parallel to one another. Holweck pump units are typically used in turbomolecular vacuum pumps and are arranged downstream in the pumping direction of one or more turbomolecular pump stages that form a turbomolecular pump unit.

Eine Holweckstufe umfasst einen Holweckrotor und einen Holweckstator, wobei der Holweckrotor mittels einer z.B. scheibenförmigen Holwecknabe an einem Rotor der Pumpe angebracht ist, der mittels eines Antriebsmotor der Pumpe während des Pumpbetriebs in Drehung versetzt wird. Der Holweckrotor wird auch als Holweckhülse bezeichnet und besitzt typischerweise eine hohlzylindrische Form. Eine Holweckpumpeinheit kann mehrere Holweckhülsen aufweisen, die konzentrisch an der Holwecknabe angebracht sind. Der Holweckstator ist mit einem ein- oder mehrgängigen Holweckgewinde versehen. Die zu fördernden Gasmoleküle werden durch die rotierende Bewegung des Holweckrotors relativ zum Holweckstator entlang der Gewindegänge von einem Einlass zu einem Auslass gefördert. Ein Gewindegang umfasst einen durch Wände von Holweckstegen begrenzten umlaufenden Holweckkanal (auch als Holwecknut bezeichnet), in welchem die Gasmoleküle gefördert werden, wenn der Holweckrotor relativ zum Holweckstator rotiert. Um Rückströmungsverluste zu minimieren, wird die Weite des radialen Spaltes (Holweckspalt) zwischen der auch als Spitze bezeichneten Oberseite des Holwecksteges und der Holweckhülse im Vergleich zur Steghöhe vergleichsweise klein gehalten.A Holweck stage comprises a Holweck rotor and a Holweck stator, whereby the Holweck rotor is attached to a rotor of the pump by means of a disk-shaped Holweck hub, for example, which is set in rotation by a drive motor of the pump during pumping operation. The Holweck rotor is also referred to as a Holweck sleeve and typically has a hollow cylindrical shape. A Holweck pump unit can have several Holweck sleeves that are attached concentrically to the Holweck hub. The Holweck stator is provided with a single or multiple-start Holweck thread. The gas molecules to be conveyed are by the rotating movement of the Holweck rotor relative to the Holweck stator along the threads from an inlet to an outlet. A thread comprises a circumferential Holweck channel (also known as a Holweck groove) delimited by walls of Holweck webs, in which the gas molecules are conveyed when the Holweck rotor rotates relative to the Holweck stator. In order to minimize backflow losses, the width of the radial gap (Holweck gap) between the top of the Holweck web, also known as the tip, and the Holweck sleeve is kept comparatively small compared to the web height.

Es sind auch sogenannte "gefaltete" Holweckpumpeinheiten bekannt, bei denen mehrere Holweckstufen konzentrisch ineinander angeordnet sind (auch als ineinander "geschachtelte" Holweckstufen bezeichnet), so dass die Gasströmungen von radial unmittelbar aufeinanderfolgenden Holweckstufen einander entgegengesetzt sind. Zwei aufeinanderfolgende Holweckstufen, nämlich eine (radial) äußere Holweckstufe und eine (radial) innere Holweckstufe, können einen gemeinsamen, beidseitig mit einem Holweckgewinde versehenen, im Folgenden auch als "doppelseitigen" Holweckstator bezeichneten Holweckstator umfassen, der sich zwischen zwei konzentrischen Holweckrotoren befindet.So-called "folded" Holweck pump units are also known, in which several Holweck stages are arranged concentrically one inside the other (also referred to as "nested" Holweck stages), so that the gas flows from Holweck stages that immediately follow one another radially are opposite to one another. Two consecutive Holweck stages, namely a (radially) outer Holweck stage and a (radially) inner Holweck stage, can comprise a common Holweck stator provided with a Holweck thread on both sides, hereinafter also referred to as a "double-sided" Holweck stator, which is located between two concentric Holweck rotors.

Ferner ist es grundsätzlich bekannt, sogenannte "konische" Holweckstufen vorzusehen, bei denen der Holweckstator derart ausgebildet ist, dass die Steghöhe in Pumprichtung kontinuierlich abnimmt. Die Steghöhe ist der radiale Abstand zwischen der Stegspitze und dem Kanalgrund an einer jeweiligen axialen Stelle.Furthermore, it is generally known to provide so-called "conical" Holweck stages, in which the Holweck stator is designed in such a way that the web height decreases continuously in the pumping direction. The web height is the radial distance between the web tip and the channel base at a respective axial point.

Für viele Anwendungen von Turbomolekularvakuumpumpen, beispielsweise in sogenannten Splitflow-Anwendungen oder in Lecksuch-Anwendungen, ist es erforderlich, zumindest einen - auch als Interstage-Port bezeichneten - radialen Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit vorzusehen. Eine bezogen auf die Rotationsachse axiale Lage eines solchen radialen Gaseinlasses vergleichsweise nahe an der Turbomolekularpumpeinheit kann von Nachteil sein, insbesondere können sich nachteilige Rückströmungseffekte ergeben. Daher ist man bestrebt, den radialen Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit am Übergangsbereich oder in der Nähe des Übergangsbereiches anzuordnen, jedenfalls näher am Übergangsbereich als an der Turbomolekularpumpeinheit. Des Weiteren ist es wünschenswert, wenn für einen solchen Interstage-Port ein möglichst hohes Saugvermögen zur Verfügung steht.For many applications of turbomolecular vacuum pumps, for example in so-called split-flow applications or in leak detection applications, it is necessary to provide at least one radial gas inlet - also known as an interstage port - in the Holweck pump unit. An axial position of such a radial gas inlet relative to the axis of rotation is comparatively close to the turbomolecular pump unit can be disadvantageous, in particular disadvantageous backflow effects can arise. Therefore, efforts are made to arrange the radial gas inlet in the Holweck pump unit at the transition area or near the transition area, in any case closer to the transition area than to the turbomolecular pump unit. Furthermore, it is desirable if the highest possible suction capacity is available for such an interstage port.

Als Saugvermögen wird der Volumenstrom eines jeweils geförderten Gases bezeichnet, der pro Zeiteinheit durch eine bestimmte Querschnittsfläche gefördert wird.The pumping speed is the volume flow of a gas being pumped through a specific cross-sectional area per unit of time.

Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der Erfindung, eine Turbomolekularvakuumpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass im Zusammenhang mit einem radialen Gaseinlass Rückströmungseffekte in der Holweckpumpeinheit minimiert werden und für den radialen Gaseinlass ein möglichst hohes Saugvermögen zur Verfügung steht.Against this background, the object of the invention is to improve a turbomolecular vacuum pump of the type mentioned at the outset in such a way that, in connection with a radial gas inlet, backflow effects in the Holweck pump unit are minimized and the highest possible suction capacity is available for the radial gas inlet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist dementsprechend vorgesehen, dass der radiale Gaseinlass entweder in den Übergangsbereich oder stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündet, insbesondere in die stromabwärts gelegene Hälfte oder in das stromabwärts gelegene Drittel, Viertel, Fünftel oder Sechstel des radial äußeren Holweckpumpbereiches, und dass der Auslassbereich und der Einlassbereich jeweils in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Querschnittsebene, in der die Pumpwirkung endet bzw. beginnt, eine von den Holweckkanälen definierte freie Querschnittsfläche aufweisen und die freie Querschnittsfläche des Einlassbereiches um einen Faktor f > 1 größer ist als die freie Querschnittsfläche des Auslassbereiches.This object is achieved by the features of claim 1. According to the invention, it is accordingly provided that the radial gas inlet opens either into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pumping region, in particular into the downstream half or into the downstream third, quarter, fifth or sixth of the radially outer Holweck pumping region, and that the outlet region and the inlet region each have a free cross-sectional area defined by the Holweck channels in a cross-sectional plane running perpendicular to the axis of rotation, in which the pumping effect ends or begins, and the free cross-sectional area of the inlet region is larger by a factor f > 1 than the free cross-sectional area of the outlet region.

Die einlassseitige bzw. auslassseitige freie Querschnittsfläche wird im Folgenden auch als Offenheit bezeichnet.The free cross-sectional area on the inlet side or outlet side is also referred to as openness.

Die Holweckstatoren sind vorzugsweise jeweils mehrgängig ausgebildet, d.h. sie besitzen jeweils eine Mehrzahl, z.B. 4, 6 oder 8, von parallel verlaufenden Holweckkanälen, die paarweise durch einen der Holweckstege voneinander getrennt sind.The Holweck stators are preferably designed to be multi-threaded, i.e. they each have a plurality, e.g. 4, 6 or 8, of parallel Holweck channels, which are separated from each other in pairs by one of the Holweck webs.

Untersuchungen an bekannten Holweckpumpeinheiten haben gezeigt, dass das Saugvermögen in Pumprichtung, also vom Einlass in die radial äußere Holweck-pumpstufe bis zum Auslass aus der radial inneren Holweckpumpstufe, kontinuierlich abnimmt, wobei in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten im Übergangsbereich zwischen radial äußerem Holweckpumpbereich und radial innerem Holweckpumpbereich eine vergleichsweise starke Abnahme des Saugvermögens festgestellt wird. Bei vielen Holweckpumpeinheiten ist außerdem das Saugvermögen am Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches grundsätzlich kleiner als am Auslassbereich des radial äußeren Holweckpumpbereiches. Mit anderen Worten findet am - auch als Umkehrpunkt bezeichneten - Übergangsbereich eine bei manchen Anordnungen beträchtliche Reduzierung des Saugvermögens statt.Investigations on known Holweck pump units have shown that the suction capacity decreases continuously in the pumping direction, i.e. from the inlet into the radially outer Holweck pump stage to the outlet from the radially inner Holweck pump stage, whereby, depending on the respective conditions, a comparatively strong decrease in the suction capacity is found in the transition area between the radially outer Holweck pump area and the radially inner Holweck pump area. In many Holweck pump units, the suction capacity at the inlet area of the radially inner Holweck pump area is also generally smaller than at the outlet area of the radially outer Holweck pump area. In other words, in some arrangements, a considerable reduction in the suction capacity takes place at the transition area - also known as the reversal point.

Es wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäße Vergrößerung der einlassseitigen Offenheit gegenüber der auslassseitigen Offenheit das Saugvermögen am Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches beträchtlich erhöht und bei gleichzeitiger Minimierung der Rückströmung auch für den radialen Gaseinlass ein deutlich höheres Saugvermögen zur Verfügung steht, und zwar auch dann, wenn der radiale Gaseinlass stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündet. Bei einer realen Turbomolekularvakuumpumpe wurde beispielsweise gefunden, dass eine Vergrößerung der freien Querschnittsfläche am Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches von 142 mm2 auf 388 mm2 dort eine Erhöhung des Saugvermögens von 2,69 l/s auf 6,70 l/s (wobei l/s = Liter pro Sekunde) zur Folge hat, und zwar bei ansonsten unveränderten geometrischen Verhältnissen der Holweckpumpeinheit.It was found that the increase in the inlet-side openness compared to the outlet-side openness according to the invention considerably increases the suction capacity at the inlet area of the radially inner Holweck pumping area and, while simultaneously minimizing the backflow, a significantly higher suction capacity is also available for the radial gas inlet, even if the radial gas inlet opens into the radially outer Holweck pumping area upstream of the transition area. In a real turbomolecular vacuum pump, for example, it was found that an increase in the free cross-sectional area at the inlet area of the radially inner Holweck pumping area of 142 mm 2 to 388 mm 2 results in an increase in the suction capacity from 2.69 l/s to 6.70 l/s (where l/s = litres per second), with the geometric conditions of the Holweck pump unit remaining otherwise unchanged.

Damit ermöglicht die Erfindung eine beträchtliche Leistungssteigerung von Holweckpumpeinheiten und damit von mit derartigen Holweckpumpeinheiten ausgestatteten Turbomolekularvakuumpumpen, was in der Praxis insbesondere für Splitflow-Anwendungen und Lecksuch-Anwendungen von großem Vorteil ist, die einen oder mehrere radiale Gaseinlässe erfordern.The invention thus enables a considerable increase in the performance of Holweck pump units and thus of turbomolecular vacuum pumps equipped with such Holweck pump units, which in practice is of great advantage, especially for split-flow applications and leak detection applications that require one or more radial gas inlets.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren angegeben.Advantageous further developments of the invention are also specified in the dependent claims, the following description and in the figures.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass gilt: 1 < f < 3, vorzugsweise 1 < f < 2, bevorzugt 1,2 < f < 1,5. Es wurde gefunden, dass für die Praxis vorteilhafte Saugvermögenssteigerungen bereits dann erzielt werden können, wenn der Faktor f kleiner als 1,5 ist, wobei ein Faktor F von weniger als 2 oder von weniger als 3 den Vorteil hat, dass vergleichsweise wenig radialer Bauraum benötigt wird.According to some embodiments, it can be provided that: 1 < f < 3, preferably 1 < f < 2, preferably 1.2 < f < 1.5. It has been found that advantageous increases in suction capacity can be achieved in practice even if the factor f is less than 1.5, whereby a factor F of less than 2 or less than 3 has the advantage that comparatively little radial installation space is required.

Die einlassseitige Offenheit kann auf unterschiedliche Weise variiert werden.The inlet side openness can be varied in different ways.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass in der jeweiligen Querschnittsebene die Höhe der Holweckstege im Einlassbereich größer ist als die Höhe der Holweckstege im Auslassbereich.In some embodiments, it can be provided that in the respective cross-sectional plane the height of the Holweck webs in the inlet area is greater than the height of the Holweck webs in the outlet area.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass in der jeweiligen Querschnittsebene die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Holweckstege im Einlassbereich größer ist als im Auslassbereich.According to some embodiments, it can be provided that in the respective cross-sectional plane, the width of the Holweck webs measured in the circumferential direction is greater in the inlet region than in the outlet region.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Holweckstege in dem radial inneren Holweckpumpbereich kleiner ist als die Anzahl der Holweckstege in dem radial äußeren Holweckpumpbereich.According to some embodiments, it can be provided that the number of Holweck webs in the radially inner Holweck pumping region is smaller than the number of Holweck webs in the radially outer Holweck pumping region.

Die vorstehend genannten Maßnahmen können auch beliebig miteinander kombiniert werden.The measures mentioned above can also be combined with each other as desired.

Der den radial inneren Holweckpumpbereich begrenzende Holweckstator kann ein beidseitig mit einem Holweckgewinde versehener Holweckstator sein, der radial weiter innen mit einem weiteren Holweckrotor einen weiteren Holweckpumpbereich begrenzt.The Holweck stator delimiting the radially inner Holweck pumping area can be a Holweck stator provided with a Holweck thread on both sides, which delimits a further Holweck pumping area radially further inward with a further Holweck rotor.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der beidseitig mit dem Holweckgewinde versehene Holweckstator eine in radialer Richtung gemessene Wandstärke aufweist, wobei im Einlassbereich die Wandstärke kleiner ist als die Höhe der Holweckstege des radial inneren Holweckpumpbereiches.It can be provided that the Holweck stator provided with the Holweck thread on both sides has a wall thickness measured in the radial direction, wherein in the inlet area the wall thickness is smaller than the height of the Holweck webs of the radially inner Holweck pump area.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass der radial äußere Holweckpumpbereich und/oder der radial innere Holweckpumpbereich jeweils konisch derart ausgebildet sind bzw. ist, dass die Höhe der Holweckstege in Pumprichtung kontinuierlich abnimmt.In some embodiments, it can be provided that the radially outer Holweck pumping region and/or the radially inner Holweck pumping region are each conically designed such that the height of the Holweck webs continuously decreases in the pumping direction.

Dabei kann vorgesehen sein, dass ein durch den Kanalgrund des radial äußeren Holweckpumpbereiches definierter Konizitätswinkel und ein durch den Kanalgrund des radial inneren Holweckpumpbereiches definierter Konizitätswinkel zumindest im Wesentlichen gleich oder voneinander verschieden sind. Insbesondere kann dabei der Konizitätswinkel des radial äußeren Holweckpumpbereiches größer oder kleiner sein als der Konizitätswinkel des radial inneren Holweckpumpbereiches.It can be provided that a conicity angle defined by the channel base of the radially outer Holweck pumping area and a conicity angle defined by the channel base of the radially inner Holweck pumping area are at least substantially equal or different from one another. In particular, the conicity angle of the radially outer Holweck pumping area can be larger or smaller than the conicity angle of the radially inner Holweck pumping area.

Alternativ können der radial äußere Holweckpumpbereich und/oder der radial innere Holweckpumpbereich auch jeweils zylindrisch ausgebildet sein.Alternatively, the radially outer Holweck pumping area and/or the radially inner Holweck pumping area can each be cylindrical.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass zumindest ein pumpwirksamer, mit dem Holweckrotor den radial äußeren Holweckpumpbereich begrenzender Abschnitt des radial äußeren Holweckstators einteilig ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der radiale Gaseinlass stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündet und sich durch den einteiligen pumpwirksamen Abschnitt des radial äußeren Holweckstators hindurch erstreckt. Die einteilige Ausführung erleichtert Herstellung und Montage der Holweckpumpeinheit. Die größere einlassseitige Offenheit des radial inneren Holweckpumpbereiches ist auch für einen stromaufwärts des Übergangsbereiches gelegenen radialen Gaseinlass hinsichtlich Saugvermögen und Rückströmungsminimierung von Vorteil, d.h. es ist kein zweigeteilter radial äußerer Holweckstator erforderlich, um stromabwärts der Mündung des radialen Gaseinlasses für eine größere Offenheit zu sorgen.According to some embodiments, it can be provided that at least one pump-effective section of the radially outer Holweck stator, which delimits the radially outer Holweck pumping area with the Holweck rotor, is designed as a single piece. It can be provided that the radial gas inlet opens into the radially outer Holweck pumping area upstream of the transition area and extends through the single-piece pump-effective section of the radially outer Holweck stator. The single-piece design facilitates manufacture and assembly of the Holweck pump unit. The greater inlet-side openness of the radially inner Holweck pumping area is also advantageous for a radial gas inlet located upstream of the transition area in terms of suction capacity and backflow minimization, i.e. no two-part radially outer Holweck stator is required to ensure greater openness downstream of the mouth of the radial gas inlet.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass sich der radiale Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit oberhalb eines Unterteils oder Zwischenbauteils der Vakuumpumpe, in welchem sich der Übergangsbereich zumindest zum Teil befindet, durch ein Pumpengehäuse hindurch erstreckt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z.B. bei einer Splitflow-Vakuumpumpe stromaufwärts ein oder mehrere weitere radiale Gaseinlässe vorhanden sind, da dann die Außenseite des Pumpengehäuses als eine gemeinsame Dichtfläche für die radialen Gaseinlässen dienen kann.In some embodiments, it can be provided that the radial gas inlet in the Holweck pump unit extends through a pump housing above a lower part or intermediate component of the vacuum pump, in which the transition region is at least partially located. This is particularly advantageous if, for example, in a split-flow vacuum pump, one or more further radial gas inlets are present upstream, since the outside of the pump housing can then serve as a common sealing surface for the radial gas inlets.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts des radialen Gaseinlasses in die Holweckpumpeinheit zumindest ein weiterer radialer Gaseinlass angeordnet ist, insbesondere wobei der weitere radiale Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit oder in die Turbomolekularpumpeinheit mündet.According to some embodiments, it can be provided that at least one further radial gas inlet is arranged upstream of the radial gas inlet into the Holweck pump unit, in particular wherein the further radial gas inlet opens into the Holweck pump unit or into the turbomolecular pump unit.

Wie vorstehend erwähnt, kann eine Außenseite eines Pumpengehäuses, durch welches hindurch sich zumindest einige der mehreren radialen Gaseinlässe hindurch erstrecken, vorteilhaft als eine gemeinsame Dichtfläche genutzt werden.As mentioned above, an outer side of a pump housing through which at least some of the plurality of radial gas inlets extend can advantageously be used as a common sealing surface.

Bei dem erfindungsgemäßen Vakuumsystem ist einer der radialen Saugeinlässe der in den Übergangsbereich oder stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündende radiale Gaseinlass.In the vacuum system according to the invention, one of the radial suction inlets is the radial gas inlet opening into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pumping region.

Bei dem erfindungsgemäßen Lecksuchsystem ist der radiale Gaseinlass für das Prüfgas der in den Übergangsbereich oder stromaufwärts des Übergangsbereiches in den radial äußeren Holweckpumpbereich mündende radiale Gaseinlass.In the leak detection system according to the invention, the radial gas inlet for the test gas is the radial gas inlet opening into the transition region or upstream of the transition region into the radially outer Holweck pump region.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2
eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularvakuumpumpe von Fig. 1,
Fig. 3
einen Querschnitt der Turbomolekularvakuumpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularvakuumpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
Fig. 5
eine Querschnittsansicht der Turbomolekularvakuumpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
Fig. 6
eine schematische Ansicht einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7
teilweise einen Querschnitt parallel zur Rotationsachse durch einen Teil einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik
Fig. 8
teilweise einen Querschnitt parallel zur Rotationsachse durch einen Teil einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 9
teilweise einen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse durch eine Holweckpumpeinheit einer erfindungsgemäßen Turbomolekularvakuumpumpe.
The invention is described below by way of example with reference to the drawing.
Fig. 1
a perspective view of a turbomolecular vacuum pump according to the prior art,
Fig. 2
a view of the bottom of the turbomolecular vacuum pump from Fig. 1 ,
Fig. 3
a cross-section of the turbomolecular vacuum pump along the Fig. 2 shown section line AA,
Fig. 4
a cross-sectional view of the turbomolecular vacuum pump along the Fig. 2 shown section line BB,
Fig. 5
a cross-sectional view of the turbomolecular vacuum pump along the Fig. 2 shown section line CC,
Fig. 6
a schematic view of a turbomolecular vacuum pump according to the prior art,
Fig. 7
partially a cross-section parallel to the axis of rotation through a part of a turbomolecular vacuum pump according to the state of the art
Fig. 8
partially a cross section parallel to the axis of rotation through a part of a turbomolecular vacuum pump according to an embodiment of the invention, and
Fig. 9
partial cross-section perpendicular to the axis of rotation through a Holweck pump unit of a turbomolecular vacuum pump according to the invention.

Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularvakuumpumpe 111 (im Folgenden auch kurz als Turbomolekularpumpe oder Vakuumpumpe bezeichnet) umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann.The in Fig. 1 The turbomolecular vacuum pump 111 shown (hereinafter also referred to as turbomolecular pump or vacuum pump) 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.

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.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.

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.The inlet flange 113 forms the vacuum pump in accordance with 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 housed in the electronics housing 123, e.g. for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (see also Fig. 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123.

Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.In addition, a data interface 129, e.g. according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.

Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.There are also turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.

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.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. In the area of the lower part 121, a sealing gas connection 135, which is also referred to as a purge gas connection, is also arranged, via which purge gas can be fed to protect the electric motor 125 (see e.g. Fig. 3 ) can be let into the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, before the gas delivered by the pump. In the lower part 121, two coolant connections 139 are also arranged, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection as an outlet for coolant that can be fed into the vacuum pump for cooling purposes. Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) are operated exclusively with air cooling.

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.The lower side 141 of the vacuum pump can serve as a base so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141. However, the vacuum pump 111 can also be attached to a recipient via the inlet flange 113 and thus operated in a hanging position. In addition, the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be put into operation when it is aligned in a different way than in Fig. 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 is not arranged facing downwards, but rather facing to the side or facing upwards. In principle, any angle is possible.

Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which are particularly larger than the pump shown here, cannot be operated in an upright position.

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.On the underside 141, which is Fig. 2 As shown, various screws 143 are arranged, by means of which components of the vacuum pump (not further specified here) are fastened to one another. For example, a bearing cover 145 is fastened to the underside 141.

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.Mounting holes 147 are also arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be attached to a support surface, for example. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which are in particular larger than the pump shown here.

In den Fig. 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.In the Fig. 2 to 5 a coolant line 148 is shown in which the coolant introduced and discharged via the coolant connections 139 can circulate.

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.As the sectional views of the Figures 3 to 5 show, the vacuum pump comprises several process gas pumping stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.

In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.A rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 rotatable about a rotation axis 151.

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.The turbomolecular pump 111 comprises several turbomolecular pump stages connected in series with one another for pumping purposes, with several radial rotor disks 155 attached 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 pump stage. The stator disks 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159.

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.The vacuum pump also comprises Holweck pump stages arranged one inside the other in the radial direction and connected in series to pump effectively. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pump stages.

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.The rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two cylinder-jacket-shaped Holweck rotor sleeves 163, 165 which are fastened to and supported by the rotor hub 161 and which are oriented coaxially to the rotation axis 151 and are nested in one another in the radial direction. Furthermore, two cylinder-jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis 151 and are nested in one another in the radial direction.

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.The pump-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, i.e. by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169. The radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 is opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171, and together with this forms the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps. The radial inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 is opposite the radial outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169, forming a radial Holweck gap 173, and together with this forms a second Holweck pump stage. The radial inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 lies opposite the radial outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165, forming a radial Holweck gap 175 and together forms the third Holweck pump stage.

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.A radially extending channel can be provided at the lower end of the Holweck rotor sleeve 163, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173. In addition, a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175. As a result, the nested Holweck pump stages are connected in series with one another. A connecting channel 179 to the outlet 117 can also be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165.

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.The above-mentioned pump-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running spirally around the rotation axis 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and propel the gas in the Holweck grooves for operating the vacuum pump 111.

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.For the rotatable mounting of the rotor shaft 153, a rolling bearing 181 is provided in the area of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 is provided in the area of the pump inlet 115.

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.In the area of the roller bearing 181, a conical spray nut 185 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 is provided on the rotor shaft 153. The spray nut 185 is in sliding contact with at least one scraper of a fluid reservoir. In other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), a spray screw can be provided instead of a spray nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.

Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.The operating fluid storage comprises several absorbent disks 187 stacked on top of each other, which are impregnated with an operating fluid for the rolling bearing 181, e.g. with a lubricant.

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.When the vacuum pump 111 is in operation, the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it fulfills a lubricating function, for example. 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.

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.The permanent magnet bearing 183 comprises a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each of which comprises a ring stack of several permanent magnet rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction. The ring magnets 195, 197 lie opposite one another to form a radial bearing gap 199, with 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 repulsion forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be radially supported. The rotor-side ring magnets 195 are carried by a support section 201 of the rotor shaft 153, which surrounds the ring magnets 195 on the radial outside. The stator-side ring magnets 197 are supported by a stator-side carrier section 203, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119. The rotor-side ring magnets 195 are fixed parallel to the rotation axis 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201. The stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the rotation axis 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the carrier section 203 and a connected fastening ring 211. A disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnets 197.

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.An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages when there is an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator in order to form a radial stop for the rotor 149 so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented. The safety 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 safety bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation. The radial deflection at which the safety bearing 215 engages is large enough so that the safety bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented under all circumstances.

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.The vacuum pump 111 comprises the electric motor 125 for rotating the rotor 149. The armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, whose rotor shaft 153 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 extending through the motor stator 217. Between the motor stator 217 and the section of the rotor 149 extending through the motor stator 217 there is an intermediate space 219 which comprises a radial motor gap, via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement can influence each other magnetically to transmit the drive torque.

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.The motor stator 217 is fixed in the housing within the motor compartment 137 provided for the electric motor 125. A sealing gas, which is also referred to as purge gas and which can be air or nitrogen, for example, can enter the motor compartment 137 via the sealing gas connection 135. The electric motor 125 can be protected from process gas, e.g. from corrosive components of the process gas, via the sealing gas. The motor compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. the vacuum pressure in the motor compartment 137 is at least approximately the vacuum pressure caused by the forevacuum pump connected to the pump outlet 117.

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.Furthermore, a so-called labyrinth seal 223, which is known per se, can be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve a better sealing of the motor compartment 217 with respect to the Holweck pump stages located radially outside.

Fig. 6 zeigt schematisch einige Bestandteile einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß dem Stand der Technik, wobei die Turbomolekularvakuumpumpe darüber hinaus so ausgebildet sein kann, wie es vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschrieben worden ist. Fig. 6 shows schematically some components of a turbomolecular vacuum pump according to the prior art, wherein the turbomolecular vacuum pump can furthermore be designed as described above in connection with the Fig. 1 to 5 has been described.

In Fig. 6 dargestellt sind eine Turbomolekularpumpeinheit 11 sowie eine Holweckpumpeinheit 13. Beide Pumpeinheiten 11, 13 besitzen einen gemeinsamen Rotor 12, der während des Pumpbetriebs um eine Rotationsachse 15 rotiert. Der Antriebsmotor für den Rotor 12 ist in Fig. 6 nicht dargestellt.In Fig. 6 A turbomolecular pump unit 11 and a Holweck pump unit 13 are shown. Both pump units 11, 13 have a common rotor 12, which rotates about a rotation axis 15 during pumping operation. The drive motor for the rotor 12 is in Fig. 6 not shown.

Die Turbomolekularpumpeinheit 11 umfasst eine Vielzahl von Rotorscheiben 11a, die drehfest mit dem Rotor 12 verbunden sind. Von der Turbomolekularpumpeinheit 11 nicht dargestellt sind die Statorscheiben, die mit den Rotorscheiben 11a in bekannter Weise pumpwirksam zusammenwirken.The turbomolecular pump unit 11 comprises a plurality of rotor disks 11a, which are connected in a rotationally fixed manner to the rotor 12. Not shown in the turbomolecular pump unit 11 are the stator disks, which cooperate with the rotor disks 11a in a known manner to produce a pump.

Von der Holweckpumpeinheit 13 sind die drehfest mit dem Rotor 12 verbundene Holwecknabe 26, der drehfest mit der Holwecknabe 26 verbundene, auch als Holweckhülse bezeichnete Holweckrotor 25 sowie ein radial äußerer Holweckstator 17a und ein radial innerer Holweckstator 17b dargestellt.The Holweck pump unit 13 includes the Holweck hub 26, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 12, the Holweck rotor 25, which is connected in a rotationally fixed manner to the Holweck hub 26 and is also referred to as a Holweck sleeve, as well as a radially outer Holweck stator 17a and a radially inner Holweck stator 17b.

Damit umfasst in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Holweckpumpeinheit 13 zwei bezüglich der Rotationsachse 15 konzentrisch ineinander liegende, in Pumprichtung aufeinanderfolgende Holweckstufen. Jede Holweckstufe umfasst den jeweiligen Holweckstator 17a, 17b, der ein mehrgängiges Holweckgewinde umfasst, das von einem Kanalgrund 19 abstehende Holweckstege 21 und von den Wänden der Holweckstege 21 begrenzte Holweckkanäle 23 aufweist. Dieses Holweckgewinde ist der jeweiligen Seite des Holweckrotors 25 zugewandt.Thus, in the embodiment shown here, the Holweck pump unit 13 comprises two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to the rotation axis 15 and which follow one another in the pumping direction. Each Holweck stage comprises the respective Holweck stator 17a, 17b, which comprises a multi-start Holweck thread which has Holweck webs 21 protruding from a channel base 19 and Holweck channels 23 delimited by the walls of the Holweck webs 21. This Holweck thread faces the respective side of the Holweck rotor 25.

In grundsätzlich bekannter Weise bildet somit der Holweckrotor 25 mit dem radial äußeren Holweckstator 17a einen radial äußeren Holweckpumpbereich 27 und mit dem radial inneren Holweckstator 17b einen radial inneren Holweckpumpbereich 29.In a basically known manner, the Holweck rotor 25 thus forms a radially outer Holweck pumping region 27 with the radially outer Holweck stator 17a and a radially inner Holweck pumping region 29 with the radially inner Holweck stator 17b.

Der Strömungsweg eines zu pumpenden Gases ist in Fig. 6 durch die Pfeile angedeutet. Das zu pumpende Gas strömt zunächst über einen nicht dargestellten axialen Pumpeinlass im ebenfalls nicht dargestellten Pumpengehäuse in die Turbomolekularpumpeinheit 11, durch diese hindurch zu einem axialen Gaseinlass 33 in den radial äußeren Holweckpumpbereich 27, durch diesen hindurch zu einem Auslassbereich 27a des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27, in einen Übergangsbereich 31 am freien Ende des Holweckrotors 25, in einen Einlassbereich 29a des radial inneren Holweckpumpbereiches 29, durch diesen hindurch und anschließend über einen nicht näher dargestellten Strömungsweg zu einem Auslass der Turbomolekularvakuumpumpe.The flow path of a gas to be pumped is in Fig. 6 indicated by the arrows. The gas to be pumped initially flows via an axial pump inlet (not shown) in the pump housing (also not shown) into the turbomolecular pump unit 11, through this to an axial gas inlet 33 in the radially outer Holweck pumping area 27, through this to an outlet area 27a of the radially outer Holweck pumping area 27, into a transition area 31 at the free end of the Holweck rotor 25, into an inlet area 29a of the radially inner Holweck pumping area 29, through this and then via a flow path (not shown in more detail) to an outlet of the turbomolecular vacuum pump.

Der Auslassbereich 27a des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27 befindet sich in einer Querschnittsebene senkrecht zur Rotationsachse 15 in einer - bezogen auf die Rotationsachse 15 - axialen Lage, an der die Pumpwirkung des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27 endet, d.h. wo die Holweckkanäle 23 enden. Entsprechend beginnt die Pumpwirkung des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 an dessen Einlassbereich 29a und somit in einer senkrecht zur Rotationsachse 15 verlaufenden Querschnittsebene, in der die Holweckkanäle 23 beginnen.The outlet region 27a of the radially outer Holweck pumping region 27 is located in a cross-sectional plane perpendicular to the rotation axis 15 in an axial position - relative to the rotation axis 15 - at which the pumping effect of the radially outer Holweck pumping region 27 ends, i.e. where the Holweck channels 23 end. Accordingly, the pumping effect of the radially inner Holweck pumping region 29 begins at its inlet region 29a and thus in a cross-sectional plane running perpendicular to the rotation axis 15, in which the Holweck channels 23 begin.

Diejenige Querschnittsebene, in welcher der Auslassbereich 27a liegt und in welcher somit die Pumpwirkung des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27 endet, und diejenige Querschnittsebene, in welcher der Einlassbereich 29a liegt und in der folglich die Pumpwirkung des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 beginnt, können zusammenfallen. Je nach konkreter Ausgestaltung und Anordnung der beiden Holweckpumpstufen können diese beiden Querschnittsebenen aber auch in axialer Richtung voneinander beabstandet sein.The cross-sectional plane in which the outlet region 27a is located and in which the pumping action of the radially outer Holweck pumping region 27 ends, and the cross-sectional plane in which the inlet region 29a is located and in which the pumping action of the radially inner Holweck pumping region 29 begins, can coincide. Depending on the specific design and arrangement of the two Holweck pumping stages, these two cross-sectional planes can also be spaced apart from one another in the axial direction.

In der jeweiligen Querschnittsebene besitzen der Auslassbereich 27a und der Einlassbereich 29a eine jeweilige freie Querschnittsfläche, die durch die Holweckkanäle 23 definiert ist. Die jeweilige freie Querschnittsfläche wird im Folgenden der Einfachheit halber auch als Offenheit bezeichnet, d.h. der radial äußere Holweckpumpbereich 27 besitzt an seinem Auslassbereich 27a eine bestimmte, durch die Geometrie seiner Holweckkanäle 23 definierte auslassseitige Offenheit. Entsprechend besitzt der radial innere Holweckpumpbereich 29 an seinem Einlassbereich 29a eine durch die Geometrie seiner Holweckkanäle 23 definierte einlassseitige Offenheit.In the respective cross-sectional plane, the outlet region 27a and the inlet region 29a have a respective free cross-sectional area that is defined by the Holweck channels 23. For the sake of simplicity, the respective free cross-sectional area is also referred to below as openness, i.e. the radially outer Holweck pump region 27 has a certain outlet-side openness at its outlet region 27a that is defined by the geometry of its Holweck channels 23. Accordingly, the radially inner Holweck pump region 29 has an inlet-side openness at its inlet region 29a that is defined by the geometry of its Holweck channels 23.

Man erkennt, dass bei dem in Fig. 6 schematisch dargestellten Beispiel des Standes der Technik die einlassseitige Offenheit deutlich kleiner ist als die auslassseitige Offenheit, da die Höhe der Holweckstege 21 des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 kleiner ist als die Höhe der Holweckstege 21 des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27. Es wird hierbei der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass bei der Breite der Holweckstege 21 und der Anzahl der Holweckkanäle 23 - Parametern, die ebenfalls die Offenheit bestimmen - keine Unterschiede bestehen.You can see that in the Fig. 6 schematically illustrated example of the prior art, the inlet-side openness is significantly smaller than the outlet-side openness, since the height of the Holweck webs 21 of the radially inner Holweck pumping area 29 is smaller than the height of the Holweck webs 21 of the radially outer Holweck pumping area 27. For the sake of simplicity, it is assumed that there are no differences in the width of the Holweck webs 21 and the number of Holweck channels 23 - parameters which also determine the openness.

Ferner ist in Fig. 6 zu erkennen, dass der radial äußere Holweckpumpbereich 27 konisch derart ausgebildet ist, dass die Höhe der Holweckstege 21 in Pumprichtung abnimmt. Die radial äußere Holweckpumpstufe ist also eine konische Pumpstufe. Die Konizität bzw. ein jeweiliger bezüglich der Rotationsachse 15 gemessener Konizitätswinkel ist dabei durch den Kanalgrund 19 definiert. Derartige konische Holweckpumpstufen sind grundsätzlich bekannt. Die radial innere Holweckstufe ist hier zylindrisch ausgebildet. Es ist grundsätzlich auch bekannt, sowohl eine radial äußere Holweckpumpstufe als auch eine radial innere Holweckpumpstufe, die - wie beim Beispiel der Fig. 6 - einen gemeinsamen Holweckrotor 25 aufweisen, jeweils konisch auszubilden.Furthermore, in Fig. 6 It can be seen that the radially outer Holweck pumping area 27 is conical in such a way that the height of the Holweck webs 21 decreases in the pumping direction. The radially outer Holweck pumping stage is therefore a conical pumping stage. The conicity or a respective conicity angle measured with respect to the rotation axis 15 is defined by the channel base 19. Such conical Holweck pumping stages are basically known. The radially inner Holweck stage is cylindrical here. It is also basically known to have both a radially outer Holweck pumping stage and a radially inner Holweck pumping stage, which - as in the example of the Fig. 6 - have a common Holweck rotor 25, each of which is conical.

Während Fig. 6 eine Turbomolekularvakuumpumpe lediglich schematisch dargestellt ist, zeigt Fig. 7 ein konkretes Beispiel aus dem Stand der Technik.While Fig. 6 a turbomolecular vacuum pump is only shown schematically, Fig. 7 a concrete example from the state of the art.

Anders als in Fig. 6 ist hier zusätzlich ein Pumpengehäuse 41 dargestellt. Ferner zeigt Fig. 7 ein Unterteil 39 der Vakuumpumpe, an dem der radial innere Holweckstator 17b mit seinem unteren Ende abgestützt ist. Es ist zu erkennen, dass der Übergangsbereich 31 zwischen dem Auslassbereich des radial äußeren Pumpbereiches 27 und dem Einlassbereich des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 sich innerhalb des Unterteils 39 befindet, da sich der Holweckrotor 25 mit seinem freien Ende bis in das Unterteil 39 hinein erstreckt.Unlike in Fig. 6 A pump housing 41 is also shown here. Furthermore, Fig. 7 a lower part 39 of the vacuum pump, on which the radially inner Holweck stator 17b is supported with its lower end. It can be seen that the transition region 31 between the outlet region of the radially outer pumping region 27 and the inlet region of the radially inner Holweck pumping region 29 is located within the lower part 39, since the Holweck rotor 25 extends with its free end into the lower part 39.

In dem Beispiel der Fig. 7 ist der radial innere Holweckstator 17b ein beidseitig mit einem Holweckgewinde versehener Holweckstator. Dieser doppelseitige Holweckstator 17b begrenzt mit einem weiteren, radial innen gelegenen Holweckrotor 25 einen weiteren Holweckpumpbereich 43. Während die von dem radial inneren Holweckstator 17b begrenzten Holweckpumpbereiche 29 und 43 jeweils zylindrisch sind, ist der radial äußere Holweckpumpbereich 27 - wie auch im Beispiel der Fig. 6 - konisch ausgebildet.In the example of Fig. 7 The radially inner Holweck stator 17b is a Holweck stator with a Holweck thread on both sides. This double-sided Holweck stator 17b limits with another, radially inner Holweck rotor 25 a further Holweck pumping area 43. While the Holweck pumping areas 29 and 43 delimited by the radially inner Holweck stator 17b are each cylindrical, the radially outer Holweck pumping area 27 - as in the example of the Fig. 6 - conical in shape.

In Fig. 7 ist zu erkennen, dass - bei gleicher Breite der Holweckstege und gleicher Anzahl der Holweckkanäle aufgrund der unterschiedlichen Höhe der Holweckstege 21 - wiederum die einlassseitige Offenheit des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 kleiner ist als die auslassseitige Offenheit des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27.In Fig. 7 It can be seen that - with the same width of the Holweck webs and the same number of Holweck channels due to the different height of the Holweck webs 21 - the inlet-side openness of the radially inner Holweck pumping area 29 is again smaller than the outlet-side openness of the radially outer Holweck pumping area 27.

Wie nachstehend anhand des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Fig. 8 beschrieben wird, unterscheidet sich die Holweckpumpeinheit 13 einer erfindungsgemäßen Turbomolekularvakuumpumpe von dem Stand der Technik, wie er beispielhaft zuvor anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben worden ist, dadurch, dass der Einlassbereich 29a des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 eine größere Offenheit besitzt als der Auslassbereich 27a des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27.As will be explained below with reference to the embodiment according to the invention Fig. 8 As described, the Holweck pump unit 13 of a turbomolecular vacuum pump according to the invention differs from the prior art, as exemplified above with reference to Fig. 6 and 7 has been described, in that the inlet region 29a of the radially inner Holweck pumping region 29 has a greater openness than the outlet region 27a of the radially outer Holweck pumping region 27.

Wie im Einleitungsteil erläutert, resultiert dies in einem höheren Saugvermögen am Übergangsbereich und auch für einen radialen Gaseinlass (Interstage-Port) in die Holweckpumpeinheit 13 sowie in einer Reduzierung von Rückströmungseffekten.As explained in the introduction, this results in a higher pumping capacity at the transition area and also for a radial gas inlet (interstage port) into the Holweck pump unit 13 as well as in a reduction of backflow effects.

Die - bezogen auf die hier nicht dargestellte Rotationsachse - axiale Höhe des radialen Gaseinlasses kann in der Praxis unterschiedlich sein. Zwei unterschiedliche Möglichkeiten sind beispielhaft in Fig. 8 gezeigt. Durch den Pfeil 35 ist ein radialer Gaseinlass dargestellt, der in den Übergangsbereich 31 zwischen Auslassbereich 27a und Einlassbereich 29a mündet. Alternativ kann ein radialer Gaseinlass etwas weiter stromaufwärts in den radial äußeren Holweckpumpbereich 27 münden, wie es in Fig. 8 durch den Pfeil 35' dargestellt ist. Ein solcher etwas stromaufwärts des Übergangsbereiches 31 gelegener radialer Gaseinlass 35' kann beispielsweise dann vorgehen sein, wenn sich - wie am Beispiel der Fig. 7 gezeigt - der Übergangsbereich 31 innerhalb eines Pumpenunterteils 39 befindet. Auch bei einem solchen radialen Gaseinlass 35' wirkt sich das durch die größere Offenheit am Einlassbereich 29a des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 erzeugte höhere Saugvermögen vorteilhaft aus.The axial height of the radial gas inlet - related to the rotation axis (not shown here) - can vary in practice. Two different possibilities are shown as examples in Fig. 8 shown. The arrow 35 shows a radial gas inlet which opens into the transition region 31 between the outlet region 27a and the inlet region 29a. Alternatively, a radial gas inlet can open slightly further upstream into the radially outer Holweck pump region 27, as it in Fig. 8 is shown by the arrow 35'. Such a radial gas inlet 35' located slightly upstream of the transition region 31 can be used, for example, when - as in the example of the Fig. 7 shown - the transition region 31 is located within a pump base 39. Even with such a radial gas inlet 35', the higher suction capacity generated by the greater openness at the inlet region 29a of the radially inner Holweck pump region 29 has an advantageous effect.

Wie Fig. 8 außerdem zeigt, sind beide Holweckpumpbereiche 27, 29 konisch ausgebildet, d.h. die Höhe der Holweckstege 21 nimmt jeweils in Pumprichtung ab. Zu pumpendes Gas tritt folglich auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 - von der Turbomolekularpumpeinheit 11 kommend - über einen axialen Gaseinlass 33 in den radial äußeren Holweckpumpbereich 27 ein und gelangt dann über den Übergangsbereich 31 in den radial inneren Holweckpumpbereich 29 und von dort entweder zu einem Gasauslass der Vakuumpumpe oder in einen oder mehrere weitere Holweckpumpbereiche, beispielsweise entsprechend dem Beispiel der Fig. 7. Somit kann auch bei einer erfindungsgemäßen Turbomolekularvakuumpumpe der radial innere Holweckstator 17b der Holweckpumpeinheit 13 ein "doppelseitiger" Holweckstator sein, der beidseitig, also radial außen und radial innen, mit einem Holweckgewinde versehen ist, das mit einem jeweiligen, an der gemeinsamen Holwecknabe 26 angebrachten Holweckhülse 25 pumpwirksam zusammenwirkt.How Fig. 8 Furthermore, as shown in Fig. 1, both Holweck pumping areas 27, 29 are conical, ie the height of the Holweck webs 21 decreases in the pumping direction. Gas to be pumped therefore also enters the Fig. 8 - coming from the turbomolecular pump unit 11 - via an axial gas inlet 33 into the radially outer Holweck pumping area 27 and then passes via the transition area 31 into the radially inner Holweck pumping area 29 and from there either to a gas outlet of the vacuum pump or into one or more further Holweck pumping areas, for example according to the example of Fig. 7 Thus, in a turbomolecular vacuum pump according to the invention, the radially inner Holweck stator 17b of the Holweck pump unit 13 can also be a "double-sided" Holweck stator which is provided on both sides, i.e. radially outside and radially inside, with a Holweck thread which cooperates in a pumping manner with a respective Holweck sleeve 25 attached to the common Holweck hub 26.

Wie an anderer Stelle bereits erwähnt, wird die jeweilige Konizität des Holweckpumpbereiches 27, 29 bezüglich der Rotationsachse gemessen. Die Konizitätswinkel βa und βi des radial äußeren Holweckpumpbereiches 27 bzw. des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 sind in Fig. 8 unter Verwendung gestrichelter Hilfslinien eingezeichnet. Die Konizitätswinkel βa und βi können gleich groß oder verschieden sein.As already mentioned elsewhere, the respective conicity of the Holweck pumping area 27, 29 is measured with respect to the axis of rotation. The conicity angles βa and βi of the radially outer Holweck pumping area 27 and the radially inner Holweck pumping area 29 are in Fig. 8 drawn using dashed auxiliary lines. The conicity angles βa and βi can be the same or different.

Fig. 9 veranschaulicht die Geometrie am Einlassbereich 29a des radial inneren Holweckpumpbereiches 29, und zwar in derjenigen senkrecht zur Rotationsachse 15 verlaufende Querschnittsebene, in der die durch die Holweckstege 21 begrenzten Holweckkanäle 23 beginnen, d.h. in derjenigen Querschnittsebene, in der die Pumpwirkung des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 beginnt. Fig. 9 illustrates the geometry at the inlet region 29a of the radially inner Holweck pumping region 29, specifically in the cross-sectional plane running perpendicular to the rotation axis 15, in which the Holweck channels 23 delimited by the Holweck webs 21 begin, ie in the cross-sectional plane in which the pumping action of the radially inner Holweck pumping region 29 begins.

In Fig. 9 dargestellt ist außerdem der Holweckrotor 25, der mit dem die Holweckstege 21 umfassenden Holweckgewinde des radial inneren Holweckstators 17b zusammenwirkt. Das Holweckgewinde auf der zylindrischen Wand 17c des Holweckstators 17b ist mehrgängig ausgebildet und umfasst hier acht parallel pumpende Holweckkanäle 23, die jeweils paarweise durch einen Holwecksteg 21 voneinander getrennt sind. Der Holweckrotor 25 und Statorwand 17c können in einer anderen Querschnittsebene beginnen als die Holweckstege 21. Die Pumpwirkung des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 beginnt gleichwohl dort, wo die Holweckkanäle 23 beginnen, die von dem Kanalgrund 19, also von der Außenseite der Statorwand.17c, und von den Holweckstegen 21 gemeinsam begrenzt werden und für deren Pumpwirksamkeit die radiale Innenseite des Holweckrotors 25 erforderlich ist.In Fig. 9 Also shown is the Holweck rotor 25, which interacts with the Holweck thread of the radially inner Holweck stator 17b, which comprises the Holweck webs 21. The Holweck thread on the cylindrical wall 17c of the Holweck stator 17b is multi-threaded and here comprises eight parallel pumping Holweck channels 23, which are each separated from one another in pairs by a Holweck web 21. The Holweck rotor 25 and stator wall 17c can begin in a different cross-sectional plane than the Holweck webs 21. The pumping action of the radially inner Holweck pumping area 29 nevertheless begins where the Holweck channels 23 begin, which are jointly delimited by the channel base 19, i.e. by the outside of the stator wall 17c, and by the Holweck webs 21, and for whose pumping effectiveness the radial inside of the Holweck rotor 25 is required.

So wie in Fig. 9 schematisch dargestellt, kann man sich die geometrische Situation am Einlassbereich 29a bei einer erfindungsgemäßen Holweckpumpeinheit 13 - z.B. gemäß Fig. 8 - vorstellen. In Fig. 9 nicht dargestellt ist der radial äußere Holweckstator 17a. Die geometrische Situation ist für den äußeren Holweckstator 17a allerdings entsprechend, wobei das Holweckgewinde des radial äußeren Holweckstators 17a mit der radialen Außenseite des Holweckrotors 25 zusammenwirkt und - wie an anderer Stelle erwähnt - die Pumpwirkung des radial äußeren Holweckpumpbereiches in einer Querschnittsebene enden kann, die sich von derjenigen Querschnittsebene unterscheidet, in der die Pumpwirkung des radial inneren Holweckpumpbereiches 27a beginnt.As in Fig. 9 schematically shown, one can imagine the geometric situation at the inlet area 29a in a Holweck pump unit 13 according to the invention - eg according to Fig. 8 - imagine. In Fig. 9 The radially outer Holweck stator 17a is not shown. However, the geometric situation is corresponding for the outer Holweck stator 17a, whereby the Holweck thread of the radially outer Holweck stator 17a interacts with the radial outside of the Holweck rotor 25 and - as mentioned elsewhere - the pumping effect of the radially outer Holweck pumping area can end in a cross-sectional plane that differs from the cross-sectional plane in which the pumping effect of the radially inner Holweck pumping area 27a begins.

In bekannter Weise sind die Spitzen der Holweckstege 21 von der zugewandten Innenseite des Holweckrotors 25 geringfügig beabstandet. Die tatsächlichen Größenverhältnisse sind in Fig. 9 nicht maßstabsgerecht dargestellt. Die Spitzen der Holweckstege 21 liegen in der dargestellten Querschnittsansicht auf einem Kreis um die Rotationsachse 15, der in Fig. 9 durch eine gestrichelte Linie dargestellt und der - wie erwähnt - einen kleineren Radius aufweist als die Innenseite des Holweckrotors 25.In a known manner, the tips of the Holweck webs 21 are slightly spaced from the facing inner side of the Holweck rotor 25. The actual size ratios are shown in Fig. 9 not shown to scale. The tips of the Holweck webs 21 lie in the cross-sectional view shown on a circle around the rotation axis 15, which in Fig. 9 represented by a dashed line and which - as mentioned - has a smaller radius than the inside of the Holweck rotor 25.

Pumpwirksam sind - wie erwähnt - die Holweckkanäle 23. Die Größe der pumpwirksamen freien Querschnittsfläche am Einlassbereich 29a, also in der in Fig. 9 dargestellten Querschnittsebene, ist somit durch die Anzahl der Holweckkanäle 23 und durch deren freien Querschnittsflächen bestimmt, wobei letztere jeweils durch die in Umfangsrichtung gemessene Breite B und die Höhe H - also durch den Abstand zwischen Stegspitze und Kanalgrund 19 - der jeweils begrenzenden Holweckstege 21 bestimmt ist. Der vergleichsweise schmale Ringbereich zwischen den Spitzen der Holweckstege 21 und der Innenseite des Holweckrotors 25 wird nicht zu der freien Querschnittsfläche am Einlassbereich 29a gezählt, trägt in diesem Sinne also nicht zur einlassseitigen Offenheit des radial inneren Holweckpumpbereiches 29 bei. Entsprechendes gilt für die auslassseitige Offenheit des in Fig. 9 nicht dargestellten radial äußeren Holweckpumpbereiches 27.As mentioned, the Holweck channels 23 are pumping effective. The size of the pumping effective free cross-sectional area at the inlet area 29a, i.e. in the Fig. 9 shown cross-sectional plane, is thus determined by the number of Holweck channels 23 and by their free cross-sectional areas, the latter being determined by the width B measured in the circumferential direction and the height H - i.e. by the distance between the web tip and the channel base 19 - of the respective delimiting Holweck webs 21. The comparatively narrow ring area between the tips of the Holweck webs 21 and the inside of the Holweck rotor 25 is not counted towards the free cross-sectional area at the inlet area 29a, and in this sense does not contribute to the inlet-side openness of the radially inner Holweck pump area 29. The same applies to the outlet-side openness of the Fig. 9 not shown radially outer Holweck pump area 27.

Eine Variation sowohl der einlassseitigen Offenheit als auch der auslassseitigen Offenheit kann folglich beispielsweise durch eine Veränderung der Breite B, der Höhe H oder der Anzahl der Holweckstege 21 erfolgen. Diese Maßnahmen können auch beliebig kombiniert werden. So kann beispielsweise bei gleichbleibender Anzahl der Holweckstege 21 und damit der Holweckkanäle 23 die Offenheit dadurch verändert werden, dass die Höhe H und die Breite B der Holweckstege verändert werden. Die Höhe H kann bei gleichbleibendem radialen Abstand zwischen den Spitzen der Holweckstege 21 und der Innenseite des Holweckrotors 25 dadurch verändert werden, dass der zylindrische Bereich des Holweckstators 17b, also dessen Wand 17c, von der die Hohlweckstege 21 radial nach außen abstehen, mit einer geringeren Wandstärke versehen wird, wodurch der Kanalgrund 19 näher an die Rotationsachse 15 gelangt. Alternativ oder zusätzlich kann die Höhe H der Holweckstege 21 aber auch dadurch verändert werden, dass der radiale Abstand zwischen den Stegspitzen und der Innenseite des Holweckrotors 25 verändert wird, soweit dies jeweils möglich ist, ohne die grundsätzliche Funktionsfähigkeit, also Pumpwirksamkeit, der Holweckpumpstufe zu beeinträchtigen.A variation of both the inlet-side openness and the outlet-side openness can therefore be achieved, for example, by changing the width B, the height H or the number of Holweck webs 21. These measures can also be combined as desired. For example, with the number of Holweck webs 21 and thus the Holweck channels 23 remaining the same, the openness can be changed by changing the height H and the width B of the Holweck webs. The height H can be changed with the radial distance between the tips of the Holweck webs 21 and the inside of the Holweck rotor 25 remaining the same by changing the cylindrical area of the Holweck stator 17b, i.e. the wall 17c of which the hollow webs 21 protrude radially outwards is provided with a smaller wall thickness, whereby the channel base 19 comes closer to the rotation axis 15. Alternatively or additionally, the height H of the Holweck webs 21 can also be changed by changing the radial distance between the web tips and the inside of the Holweck rotor 25, as far as this is possible in each case without impairing the basic functionality, i.e. pumping efficiency, of the Holweck pump stage.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1111
Turbomolekularpumpeinheitturbomolecular pump unit
11a11a
Rotorscheiberotor disk
1212
Rotorrotor
1313
HolweckpumpeinheitHolweck pump unit
1515
Rotationsachseaxis of rotation
17a17a
radial äußerer Holweckstatorradially outer Holweck stator
17b17b
radial innerer Holweckstatorradially inner Holweck stator
17c17c
Wand des radial inneren Holweckstatorswall of the radially inner Holweck stator
1919
Kanalgrundcanal bottom
2121
HolweckstegHolwecksteg
2323
HolweckkanalHolweck Canal
2525
HolweckrotorHolweck rotor
2626
HolwecknabeHolwecknabe
2727
radial äußerer Holweckpumpbereichradially outer Holweck pumping area
27a27a
Auslassbereichoutlet area
2929
radial innerer Holweckpumpbereichradially inner Holweck pumping area
29a29a
Einlassbereichentrance area
3131
Übergangsbereichtransition area
3333
axialer Gaseinlassaxial gas inlet
35, 35'35, 35'
radialer Gaseinlassradial gas inlet
3939
Unterteil oder Zwischenbauteillower part or intermediate component
4141
Pumpengehäusepump housing
4343
weiterer Holweckpumpbereichfurther Holweck pumping area
HH
Höhe der Holweckstegeheight of the Holweckstege
BB
Breite der Holweckstegewidth of the Holweckstege
βaβa
Konizitätswinkel des radial äußeren HolweckpumpbereichesConicity angle of the radially outer Holweck pumping area
βiβi
Konizitätswinkel des radial inneren HolweckpumpbereichesConicity angle of the radially inner Holweck pumping area
111111
Turbomolekularpumpeturbomolecular pump
113113
Einlassflanschinlet flange
115115
Pumpeneinlasspump inlet
117117
Pumpenauslasspump outlet
119119
GehäuseHousing
121121
Unterteillower part
123123
Elektronikgehäuseelectronics housing
125125
Elektromotorelectric motor
127127
Zubehöranschlussaccessory connection
129129
Datenschnittstelledata interface
131131
Stromversorgungsanschlusspower supply connection
133133
Fluteinlassflood inlet
135135
Sperrgasanschlusssealing gas connection
137137
Motorraumengine compartment
139139
Kühlmittelanschlusscoolant connection
141141
Unterseitebottom
143143
Schraubescrew
145145
Lagerdeckelbearing cap
147147
Befestigungsbohrungmounting hole
148148
Kühlmittelleitungcoolant line
149149
Rotorrotor
151151
Rotationsachseaxis of rotation
153153
Rotorwellerotor shaft
155155
Rotorscheiberotor disk
157157
Statorscheibestator disk
159159
Abstandsringspacer ring
161161
Rotornaberotor hub
163163
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
165165
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
167167
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
169169
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
171171
Holweck-SpaltHolweck gap
173173
Holweck-SpaltHolweck gap
175175
Holweck-SpaltHolweck gap
179179
Verbindungskanalconnecting channel
181181
Wälzlagerrolling bearings
183183
Permanentmagnetlagerpermanent magnet bearings
185185
Spritzmutterinjection nut
187187
Scheibedisc
189189
EinsatzMission
191191
rotorseitige Lagerhälfterotor-side bearing half
193193
statorseitige Lagerhälftestator-side bearing half
195195
Ringmagnetring magnet
197197
Ringmagnetring magnet
199199
Lagerspaltbearing gap
201201
Trägerabschnittbeam section
203203
Trägerabschnittbeam section
205205
radiale Streberadial strut
207207
Deckelelementcover element
209209
Stützringsupport ring
211211
Befestigungsringmounting ring
213213
Tellerfederdisc spring
215215
Not- bzw. Fanglageremergency or detention camp
217217
Motorstatormotor stator
219219
Zwischenraumspace
221221
Wandungwall
223223
Labyrinthdichtunglabyrinth seal

Claims (14)

Turbomolekularvakuumpumpe mit zumindest einer Turbomolekularpumpeinheit (11) und wenigstens einer in Pumprichtung der Turbomolekularpumpeinheit (11) nachgeordneten Holweckpumpeinheit (13), die wenigstens zwei bezüglich einer gemeinsamen Rotationsachse (15) konzentrisch ineinander liegende, in Pumprichtung aufeinander folgende Holweckstufen aufweist, wobei die Holweckstufen jeweils einen Holweckstator (17a, 17b) mit einem Holweckgewinde umfassen, das von einem Kanalgrund (19) abstehende Holweckstege (21) und von den Wänden der Holweckstege (21) begrenzte Holweckkanäle (23) aufweist und einem gemeinsamen, während des Betriebs um die Rotationsachse (15) rotierenden Holweckrotor (25) der Holweckpumpeinheit (13) zugewandt ist, der mit dem einen Holweckstator (17a) einen radial äußeren Holweckpumpbereich (27) und mit dem anderen Holweckstator (17b) einen radial inneren Holweckpumpbereich (29) begrenzt, wobei in einem Übergangsbereich (31) am freien Ende des Holweckrotors (25) ein Auslassbereich (27a) des radial äußeren Holweckpumpbereiches (27) in einen Einlassbereich (29a) des radial inneren Holweckpumpbereiches (29) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einem axialen Gaseinlass (33) in den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) ein radialer Gaseinlass (35, 35') in die Holweckpumpeinheit (13) vorgesehen ist, der entweder in den Übergangsbereich (31) oder stromaufwärts des Übergangsbereiches (31) in den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) mündet, insbesondere in die stromabwärts gelegene Hälfte oder in das stromabwärts gelegene Drittel, Viertel, Fünftel oder Sechstel des radial äußeren Holweckpumpbereiches (27), und dass der Auslassbereich (27a) und der Einlassbereich (29a) jeweils in einer senkrecht zur Rotationsachse (15) verlaufenden Querschnittsebene, in der die Pumpwirkung endet bzw. beginnt, eine von den Holweckkanälen (23) definierte freie Querschnittsfläche aufweisen und die freie Querschnittsfläche des Einlassbereiches (29a) um einen Faktor f > 1 größer ist als die freie Querschnittsfläche des Auslassbereiches (25a). Turbomolecular vacuum pump with at least one turbomolecular pump unit (11) and at least one Holweck pump unit (13) arranged downstream of the turbomolecular pump unit (11) in the pumping direction, which has at least two Holweck stages which are concentrically arranged one inside the other with respect to a common axis of rotation (15) and which follow one another in the pumping direction, wherein the Holweck stages each comprise a Holweck stator (17a, 17b) with a Holweck thread, which has Holweck webs (21) protruding from a channel base (19) and Holweck channels (23) delimited by the walls of the Holweck webs (21) and faces a common Holweck rotor (25) of the Holweck pump unit (13) which rotates about the rotation axis (15) during operation and which delimits a radially outer Holweck pumping region (27) with the one Holweck stator (17a) and a radially inner Holweck pumping region (29) with the other Holweck stator (17b), wherein in a transition region (31) at the free end of the Holweck rotor (25) an outlet region (27a) of the radially outer Holweck pumping region (27) merges into an inlet region (29a) of the radially inner Holweck pumping region (29), characterized by that in addition to an axial gas inlet (33) in the radially outer Holweck pumping area (27), a radial gas inlet (35, 35') is provided in the Holweck pumping unit (13), which opens either into the transition area (31) or upstream of the transition area (31) into the radially outer Holweck pumping area (27), in particular into the downstream half or into the downstream third, quarter, fifth or sixth of the radially outer Holweck pumping region (27), and that the outlet region (27a) and the inlet region (29a) each have a free cross-sectional area defined by the Holweck channels (23) in a cross-sectional plane running perpendicular to the axis of rotation (15), in which the pumping action ends or begins, and the free cross-sectional area of the inlet region (29a) is larger by a factor f > 1 than the free cross-sectional area of the outlet region (25a). Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
wobei gilt: 1 < f < 3, vorzugsweise 1 < f < 2, bevorzugt 1,2 < f < 1,5.
Vacuum pump according to claim 1,
where: 1 < f < 3, preferably 1 < f < 2, more preferably 1.2 < f < 1.5.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
wobei in der jeweiligen Querschnittsebene die Höhe der Holweckstege (21) im Einlassbereich (29a) größer ist als die Höhe (H) der Holweckstege (21) im Auslassbereich (27a).
Vacuum pump according to claim 1 or 2,
wherein in the respective cross-sectional plane the height of the Holweck webs (21) in the inlet area (29a) is greater than the height (H) of the Holweck webs (21) in the outlet area (27a).
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in der jeweiligen Querschnittsebene die in Umfangsrichtung gemessene Breite (B) der Holweckstege (21) im Einlassbereich (29a) größer ist als im Auslassbereich (27a).
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein in the respective cross-sectional plane the width (B) of the Holweck webs (21) measured in the circumferential direction is greater in the inlet area (29a) than in the outlet area (27a).
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anzahl der Holweckstege (21) in dem radial inneren Holweckpumpbereich (29) kleiner ist als die Anzahl der Holweckstege (21) in dem radial äußeren Holweckpumpbereich (27).
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the number of Holweck webs (21) in the radially inner Holweck pumping region (29) is smaller than the number of Holweck webs (21) in the radially outer Holweck pumping region (27).
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der den radial inneren Holweckpumpbereich (29) begrenzende Holweckstator (17b) ein beidseitig mit einem Holweckgewinde versehener Holweckstator ist, der radial weiter innen mit einem weiteren Holweckrotor (25) einen weiteren Holweckpumpbereich (43) begrenzt.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the Holweck stator (17b) delimiting the radially inner Holweck pumping area (29) is a Holweck stator, which delimits a further Holweck pumping area (43) radially further inward with another Holweck rotor (25).
Vakuumpumpe nach Anspruch 6,
wobei der beidseitig mit dem Holweckgewinde versehene Holweckstator (17b) eine in radialer Richtung gemessene Wandstärke aufweist, und wobei im Einlassbereich (29a) die Wandstärke kleiner ist als die Höhe der Holweckstege (21) des radial inneren Holweckpumpbereiches (29).
Vacuum pump according to claim 6,
wherein the Holweck stator (17b) provided with the Holweck thread on both sides has a wall thickness measured in the radial direction, and wherein in the inlet region (29a) the wall thickness is smaller than the height of the Holweck webs (21) of the radially inner Holweck pump region (29).
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der radial äußere Holweckpumpbereich (27) und/oder der radial innere Holweckpumpbereich (29) jeweils konisch derart ausgebildet sind bzw. ist, dass die Höhe der Holweckstege (21) in Pumprichtung kontinuierlich abnimmt.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the radially outer Holweck pumping region (27) and/or the radially inner Holweck pumping region (29) are each conically designed such that the height of the Holweck webs (21) continuously decreases in the pumping direction.
Vakuumpumpe nach Anspruch 8,
wobei ein durch den Kanalgrund (19) des radial äußeren Holweckpumpbereiches (27) definierter Konizitätswinkel (βa) und ein durch den Kanalgrund (19) des radial inneren Holweckpumpbereiches (29) definierter Konizitätswinkel (βi) zumindest im Wesentlichen gleich oder voneinander verschieden sind, insbesondere wobei der Konizitätswinkel (βa) des radial äußeren Holweckpumpbereiches (27) größer oder kleiner ist als der Konizitätswinkel (βi) des radial inneren Holweckpumpbereiches (29).
Vacuum pump according to claim 8,
wherein a conicity angle (βa) defined by the channel base (19) of the radially outer Holweck pumping region (27) and a conicity angle (βi) defined by the channel base (19) of the radially inner Holweck pumping region (29) are at least substantially equal to or different from one another, in particular wherein the conicity angle (βa) of the radially outer Holweck pumping region (27) is greater or smaller than the conicity angle (βi) of the radially inner Holweck pumping region (29).
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein pumpwirksamer, mit dem Holweckrotor (25) den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) begrenzender Abschnitt des radial äußeren Holweckstators (17a) einteilig ausgebildet ist, insbesondere wobei der radiale Gaseinlass (35) stromaufwärts des Übergangsbereiches (31) in den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) mündet und sich durch den einteiligen pumpwirksamen Abschnitt des radial äußeren Holweckstators (17a) hindurch erstreckt. Vacuum pump according to one of the preceding claims, wherein at least one pump-effective section of the radially outer Holweck stator (17a) which delimits the radially outer Holweck pumping region (27) with the Holweck rotor (25) is formed in one piece, in particular wherein the radial gas inlet (35) opens into the radially outer Holweck pumping area (27) upstream of the transition area (31) and extends through the one-piece pumping section of the radially outer Holweck stator (17a). Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei sich der radiale Gaseinlass (35) oberhalb eines Unterteils oder Zwischenbauteils (39) der Vakuumpumpe, in welchem sich der Übergangsbereich (31) zumindest zum Teil befindet, durch ein Pumpengehäuse (41) hindurch erstreckt.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the radial gas inlet (35) extends through a pump housing (41) above a lower part or intermediate component (39) of the vacuum pump, in which the transition region (31) is at least partially located.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei stromaufwärts des radialen Gaseinlasses (35) in die Holweckpumpeinheit (13) zumindest ein weiterer radialer Gaseinlass angeordnet ist, insbesondere wobei der weitere radiale Gaseinlass in die Holweckpumpeinheit (13) oder in die Turbomolekularpumpeinheit (11) mündet.
Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein at least one further radial gas inlet is arranged upstream of the radial gas inlet (35) into the Holweck pump unit (13), in particular wherein the further radial gas inlet opens into the Holweck pump unit (13) or into the turbomolecular pump unit (11).
Vakuumsystem mit einer Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem zu evakuierenden Rezipienten, wobei die Vakuumpumpe als Splitflow-Vakuumpumpe ausgebildet ist, die einen oder mehrere radiale Saugeinlässe aufweist, welche während des Betriebs jeweils mit einer Öffnung des Rezipienten in Verbindung stehen, und wobei einer der radialen Saugeinlässe der in den Übergangsbereich (31) oder stromaufwärts des Übergangsbereiches (31) in den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) mündende radiale Gaseinlass (35) ist.Vacuum system with a vacuum pump according to one of the preceding claims and with a recipient to be evacuated, wherein the vacuum pump is designed as a split-flow vacuum pump which has one or more radial suction inlets which are each connected to an opening of the recipient during operation, and wherein one of the radial suction inlets is the radial gas inlet (35) opening into the transition region (31) or upstream of the transition region (31) into the radially outer Holweck pump region (27). Lecksuchsystem mit einer Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die an einen zu evakuierenden Prüfgegenstand anschließbar ist, und mit einem Detektor, insbesondere einem Massenspektrometer, zum Nachweisen eines Prüfgases, und wobei die Vakuumpumpe über einen axialen oder radialen Gaseinlass an den Detektor angeschlossen und stromabwärts des Gaseinlasses ein radialer Gaseinlass für das Prüfgas in die Holweckpumpeinheit (13) vorgesehen ist, wobei der radiale Gaseinlass für das Prüfgas der in den Übergangsbereich (31) oder stromaufwärts des Übergangsbereiches (31) in den radial äußeren Holweckpumpbereich (27) mündende radiale Gaseinlass (35) ist.Leak detection system with a vacuum pump according to one of claims 1 to 12, which can be connected to a test object to be evacuated, and with a detector, in particular a mass spectrometer, for detecting a test gas, and wherein the vacuum pump is connected to the detector via an axial or radial gas inlet and downstream of the gas inlet a radial gas inlet for the test gas is provided in the Holweck pump unit (13) is provided, wherein the radial gas inlet for the test gas is the radial gas inlet (35) opening into the transition region (31) or upstream of the transition region (31) into the radially outer Holweck pump region (27).
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