DE202005019644U1 - Turbo molecular pump - Google Patents

Abstract

The turbo molecular pump (10), with a main inflow (18) and at least one intermediate inflow (20), has a turbo section (12) in front of the intermediate inflow and a pump section (14) after it. The floating rotor (30) is supported by a radial bearing (42) and a radial-axial bearing (44,50) as active magnet bearings. The bearings and an electromotor (40) are contained within a bearing cartridge (38).

Description

Translated fromGerman

DieErfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlassund mindestens einem Zwischeneinlass.TheThe invention relates to a turbomolecular pump having a main inletand at least one intermediate intake.

EineTurbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und mindestens einemZwischeneinlass weist einen Turbo-Abschnitt vor und mindestens einenPump-Abschnitt hinterdem Zwischeneinlass auf. Der Pumpenrotor wird durch ein mechanisches Radial-Lagerund ein mechanisches Radial-Axial-Lager gelagert. Es besteht derWunsch, derartige Turbomolekularpumpen mit immer höheren Gasdurchsätzen undmit immer höherenKompressionsvermögenzu betreiben.ATurbomolecular pump with a main inlet and at least oneIntermediate inlet has a turbo section and at least onePump section behindto the intermediate inlet. The pump rotor is powered by a mechanical radial bearingand a mechanical radial-axial bearing stored. It consists ofDesire to such turbomolecular pumps with ever higher gas flow rates andwith ever highercompressibilityto operate.

Durchdie hierdurch zwangsläufigzunehmende Reibung in den mechanischen Lagern erhöht sichdie Eigenerwärmungund damit die Betriebstemperatur der Turbomolekularpumpe. Es wirddadurch die Gefahr erhöht,dass das tribologische System der mechanisch gelagerten Turbomolekularpumpedurch den temperaturbedingt erhöhtenVerschleiß relativ früh versagt.Hinzu tritt, dass die Pumpenrotoren und Pumpenstatoren einer Turbomolekularpumpezur Erhaltung eines günstigenWirkungsgrades ausgesprochen engspaltig konstruiert sind, was eineMinimierung der Eigenerwärmungerfordert.Bythe inevitableincreasing friction in the mechanical bearings increasesthe self-heatingand thus the operating temperature of the turbomolecular pump. It willthereby increasing the riskthat the tribological system of the mechanically stored turbomolecular pumpincreased by the temperatureWear failed relatively early.In addition, the pump rotors and pump stators of a turbomolecular pumpto maintain a favorableEffizienzes are designed extremely narrow column, what aMinimization of self-heatingrequires.

Aufgabeder Erfindung ist es, die Zuverlässigkeiteiner Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlass und mindestenseinem Zwischeneinlass zu erhöhen.taskThe invention is the reliabilitya turbomolecular pump having a main inlet and at leastto increase an intermediate intake.

DieseAufgabe wird erfindungsgemäß mit denMerkmalen des Anspruchs 1 gelöst.TheseTask is according to the invention with theCharacteristics of claim 1 solved.

Beider erfindungsgemäßen Turbomolekularpumpesind sowohl das Radial-Lager als auch das Radial-Axial-Lager alsaktive Magnet-Lager ausgebildet. Die gesamte 5-achsige Lagerungdes Rotors erfolgt im Normalfall berührungslos, nur bei Störungen übernehmenmechanische Fanglager vorübergehenddie Lagerung. Hierdurch wird gerade bei zunehmenden Gasdurchsätzen undhöherenKompressionen und damit höherenDrückendie lagerungsbedingte Erwärmungauf ein technisch unvermeidbares Minimum reduziert. Zum einen wirddie durch überhöhte Temperaturenbedingte Alterung und Schwächungaller Bauteile der Turbomolekularpumpe erheblich reduziert. Zumanderen unterliegen die aktiven Magnet-Lager keiner mit mechanischenWälzlagernvergleichbaren Alterung bzw. Abnutzung. Die Zuverlässigkeitund die Lebensdauer einer Turbomolekularpumpe mit einem Haupteinlassund einem Nebeneinlass werden auf diese Weise erheblich erhöht.atthe turbomolecular pump according to the inventionare both the radial bearing and the radial-axial bearing asformed active magnetic bearing. The entire 5-axis storageThe rotor is usually contactless, only take over in case of faultsmechanical fishing camp temporarilywarehousing. This is just with increasing gas flow rates andhigherCompressions and thus higherTo pressthe storage-related warmingreduced to a technically unavoidable minimum. For one thingdue to excessive temperaturesconditional aging and weakeningall components of the turbomolecular pump significantly reduced. To theOthers, the active magnetic bearings are not subject to any mechanicalroller bearingscomparable aging or wear. The reliabilityand the life of a turbomolecular pump with a main inletand a sideline are significantly increased in this way.

Vorzugsweiseist der Rotor fliegend gelagert. Der fliegend angeordnete Teil desRotors sind vorzugsweise die beiden Turbo-Abschnitte des Rotors. Mitdieser Anordnung wird unter anderem vermieden, dass der Einlassquerschnittdes Haupteinlasses durch ein relativ viel Bauraum erforderndes Magnet-Lagerverkleinert wird.Preferablythe rotor is cantilevered. The flying part of theRotors are preferably the two turbo sections of the rotor. WithThis arrangement is avoided, inter alia, that the inlet cross-sectionthe main inlet by a relatively large amount of space requiring magnetic bearingis reduced.

Gemäß einerbevorzugten Ausgestaltung sind zwei weitere Pump-Abschnitte vorgesehen,und sind die Lager zwischen den ersten beiden und den beiden folgendenPump-Abschnitten angeordnet. Zu beiden Längsseiten der Lager sind alsojeweils zwei oder mehr Pump-Abschnitte des Rotors fliegend gelagert.Auf diese Weise kann mit relativ geringem Lagerungsaufwand eineTurbomolekularpumpe mit vier oder mehr Pump-Abschnitten realisiertwerden.According to onepreferred embodiment, two further pump sections are provided,and are the bearings between the first two and the two followingArranged pumping sections. On both sides of the bearings are soeach two or more pumping sections of the rotor stored on the fly.In this way, with a relatively low storage costs aTurbomolecular pump realized with four or more pump sectionsbecome.

Vorzugsweisesind alle Lager, also die beiden Axiallager sowie das Radial-Lager,in einer Lagerkartusche angeordnet. Die Lagerkartusche erleichtertdie Montage der Turbomolekularpumpe, da die gesamte Lagerung sowieder elektrische Antrieb in der Lagerkartusche komplett vormontiertsind, bevor die Lagerkartusche zusammen mit dem Rotor in das Turbomolekularpumpen-Gehäuse eingebaut wird.Preferablyare all bearings, so the two thrust bearings and the radial bearing,arranged in a storage cartridge. The storage cartridge facilitatesthe assembly of the turbomolecular pump, since the entire storage as wellthe electric drive in the bearing cartridge is completely pre-assembledbefore the bearing cartridge is installed in the turbomolecular pump housing together with the rotor.

Gemäß einerbevorzugten Ausgestaltung folgt dem letzten Turbo-Abschnitt einPump-Abschnitt, der nicht nach dem Axialverdichter-Prinzip arbeitet.Dieser Pump-Abschnitt kann beispielsweise ein Holweck-Abschnittsein und hat im Bereich des Vorvakuums gegenüber Turbo-Abschnitten bessere Verdichtungseigenschaften,so dass mit einer einzigen Pumpe auf relativ hohe Auslass-Drücke komprimiertwird.According to onepreferred embodiment follows the last turbo sectionPump section that does not work on the axial compressor principle.For example, this pump section may be a Holweck sectionand has better compression properties in the area of the fore-vacuum compared to turbo-sections,so that with a single pump compressed to relatively high outlet pressuresbecomes.

Gemäß einerbevorzugten Ausgestaltung ist zwischen allen Pump-Abschnitten jeweilsein Zwischeneinlass vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Turbomolekularpumpegeschaffen, die zwei oder mehr Druckniveaus an ihren Einlässen zurVerfügung stellenkann.According to onepreferred embodiment is between all pump sections respectivelyan intermediate inlet provided. In this way, a turbomolecular pumpcreated two or more pressure levels at their inletsMake availablecan.

ImFolgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispieleder Erfindung nähererläutert.in theTwo embodiments will now be described with reference to the drawingscloser to the inventionexplained.

Eszeigen:Itdemonstrate:

1 eineTurbomolekularpumpe im Längsschnittmit zwei Turbo-Abschnittenund einem Holweck-Abschnitt sowie zwei Zwischeneinlässen, und 1 a turbomolecular pump in longitudinal section with two turbo sections and a Holweck section and two intermediate inlets, and

2 einezweite Ausführungsformeiner Turbomolekularpumpe im Längsschnittmit vier Turbo-Abschnitten und einem Holweck-Abschnitt sowie vier Zwischeneinlässen. 2 a second embodiment of a turbomolecular pump in longitudinal section with four turbo sections and a Holweck section and four intermediate inlets.

Inder1 ist eine Hochvakuum-Turbomolekularpumpe10 dargestellt,die als sogenannte Multiple-Inlet-Pumpe ausgebildet ist. Die Turbomolekularpumpe10 weistmehrere Pump-Abschnitte12,14,16 undneben einem Haupteinlass18 zwei Zwischeneinlässe20,22 auf.In the 1 is a high vacuum turbomolecular pump 10 represented as so-called Mul Tiple-inlet pump is formed. The turbomolecular pump 10 has several pump sections 12 . 14 . 16 and next to a main inlet 18 two intermediate inlets 20 . 22 on.

DieTurbomolekularpumpe10 besteht im Wesentlichen aus einemGehäuse24,in dem zwei Pumpenstatoren26,28 sitzen, einemRotor30, der von einer Rotorwelle32 und zweiPumpenrotoren34,36 gebildet wird, sowie einerLagerkartusche38.The turbomolecular pump 10 consists essentially of a housing 24 in which two pump stators 26 . 28 sit, a rotor 30 from a rotor shaft 32 and two pump rotors 34 . 36 is formed, as well as a storage cartridge 38 ,

DieLagerkartusche38 enthältsowohl die komplette Rotorlagerung als auch einen elektrischen bürstenlosenAntriebsmotor40.The storage cartridge 38 contains both the complete rotor bearing and an electric brushless drive motor 40 ,

DieLagerung wird gebildet von zwei aktiven magnetischen Radial-Lagern42,44,zwei Radialsensoren46,48, einem axialen aktivenMagnet-Lager50, einem Axialsensor52 sowie mehrerenals Wälzlagerausgebildeten Fanglagern54,56. Die Lagerungdes Rotors30 ist bei störungsfreiem Betrieb berührungslosund wird vollständigdurch die aktiv geregelten Magnet-Lager42,44,50 gebildet.The bearing is formed by two active magnetic radial bearings 42 . 44 , two radial sensors 46 . 48 , an axial active magnetic bearing 50 an axial sensor 52 and several trained as a rolling bearing bearings 54 . 56 , The storage of the rotor 30 is non-contact in trouble-free operation and is completely controlled by the actively controlled magnetic bearings 42 . 44 . 50 educated.

Diebeiden Pump-Abschnitte12,14 sind als Turbo-Abschnitteund jeweils mehrstufig ausgebildet, d.h. werden von mehreren Paareneiner Statorflügelscheibeund einer Rotorflügelscheibegebildet. Zwischen dem haupteinlassseitigen distalen Turbo-Abschnitt12 unddem darauffolgenden proximalen Turbo-Abschnitt14 ist dererste Zwischeneinlass20 vorgesehen, dessen Einlassquerschnittmöglichstgroß ausgebildetist. Der folgende zweite Zwischeneinlass22 ist ungefähr in deraxialen Mitte des folgenden Pump-Abschnittes16,eines Holweck-Abschnittes16, angeordnet. Axial hinterdem Holweck-Abschnitt16 ist ein radialer Vorvakuum-Auslass60 angeordnet,durch den das verdichtete Gas ausgestoßen wird.The two pump sections 12 . 14 are formed as turbo sections and each multi-stage, ie are formed by multiple pairs of a Statorflügelscheibe and a rotor blade disk. Between the main inlet-side distal turbo section 12 and the subsequent proximal turbo section 14 is the first interim intake 20 provided, the inlet cross-section is formed as large as possible. The following second intermediate intake 22 is approximately in the axial center of the following pump section 16 , a Holweck section 16 arranged. Axial behind the Holweck section 16 is a radial pre-vacuum outlet 60 arranged, through which the compressed gas is ejected.

DerPumpenrotor30 ist fliegend gelagert, d.h. die Rotorwelle32 istnicht an beiden Enden gelagert, sondern ein Rotorende ist nichtradial abgestützt.Dieses Rotorende trägtim Wesentlichen die beiden Pumpenrotoren34,36 derbeiden Turbo-Abschnitte12,14.The pump rotor 30 is cantilevered, ie the rotor shaft 32 is not supported at both ends, but a rotor end is not supported radially. This rotor end essentially carries the two pump rotors 34 . 36 the two turbo sections 12 . 14 ,

In2 istein zweites Ausführungsbeispiel einerTurbomolekularpumpe70 dargestellt, die vier Pump-Abschnitte72,74,76,78,die als Turbo-Abschnitte ausgebildet sind, sowie einen sich darananschließendenHolweck-Abschnitt80 als nicht nach dem Axialverdichter-Prinziparbeitender Pump-Abschnitt80 aufweist. Der Rotor82 istmit seinen beiden axialen Enden fliegend gelagert, d.h. nur in seinemMittelbereich gelagert. Die Lagerung und der Antrieb befinden sichin der Lagerkartusche38, die ungefähr in der axialen Mitte desRotors82 angeordnet ist.In 2 is a second embodiment of a turbomolecular pump 70 shown the four pump sections 72 . 74 . 76 . 78 , which are designed as turbo sections, and an adjoining Holweck section 80 as not working on the axial compressor principle pump section 80 having. The rotor 82 is stored with its two axial ends flying, ie stored only in its central region. The storage and the drive are located in the storage cartridge 38 which are approximately in the axial center of the rotor 82 is arranged.

Zwischenjedem der fünfAbschnitte72-80 ist jeweils ein Zwischeneinlass91,92,93,94 vorgesehen,durch die verschiedene Drückein einem angeschlossenen Behältergeneriert werden können.Between each of the five sections 72 - 80 is in each case an intermediate intake 91 . 92 . 93 . 94 provided by the different pressures can be generated in a connected container.

Claims (6)

Translated fromGerman

Turbomolekularpumpe (10) mit einem Haupteinlass(18) und mindestens einem Zwischeneinlass (20),mit jeweils einem Turbo-Abschnitt (12) vor und einem Pump-Abschnitt(14) hinter dem Zwischeneinlass (20), und einemRotor (30), der durch ein Radial-Lager (42) undein Radial-Axial-Lager(44,50) gelagert ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Radial-Lager (42) und das Radial-Axial-Lager (44,50)als aktive Magnet-Lager ausgebildet sind.Turbomolecular pump ( 10 ) with a main inlet ( 18 ) and at least one intermediate intake ( 20 ), each with a turbo section ( 12 ) in front of and a pump section ( 14 ) behind the intermediate intake ( 20 ), and a rotor ( 30 ) by a radial bearing ( 42 ) and a radial-axial bearing ( 44 . 50 ),characterized in that the radial bearing ( 42 ) and the radial-axial bearing ( 44 . 50 ) are designed as active magnetic bearings.Turbomolekularpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Rotor (30) fliegend gelagert ist.Turbomolecular pump ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the rotor ( 30 ) is cantilevered.Turbomolekularpumpe (70) nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Pump-Abschnitte (76,78)vorgesehen sind, und die Lager zwischen den ersten beiden Abschnitten(72,74) und den beiden folgenden Abschnitten(76,78) angeordnet sind.Turbomolecular pump ( 70 ) according to claim 1 or 2, characterized in that two further pump sections ( 76 . 78 ) and the bearings between the first two sections ( 72 . 74 ) and the two following sections ( 76 . 78 ) are arranged.Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (42,44,50)und ein elektrischer Antriebsmotor (40) in einer Lagerkartusche(38) angeordnet sind.Turbomolecular pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bearings ( 42 . 44 . 50 ) and an electric drive motor ( 40 ) in a storage cartridge ( 38 ) are arranged.Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass dem letzten Turbo-Abschnitt (14)ein Pump-Abschnitt (16)folgt, der nicht nach dem Axialverdichter-Prinzip arbeitet.Turbomolecular pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the last turbo section ( 14 ) a pump section ( 16 ), which does not operate according to the axial compressor principle.Turbomolekularpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen Abschnitten (12,14,16;72,74,76,78,80)jeweils ein Zwischeneinlass (20,22;91,92,93,94)vorgesehen ist.Turbomolecular pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that between all sections ( 12 . 14 . 16 ; 72 . 74 . 76 . 78 . 80 ) each have an intermediate inlet ( 20 . 22 ; 91 . 92 . 93 . 94 ) is provided.