DE10048695A1

DE10048695A1 - Pumpe als Seitenkanalpumpe

Info

Publication number: DE10048695A1
Application number: DE10048695A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Englaender; Peter Klinger; Ingo Seckel
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2000-09-30
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2002-04-11
Also published as: JP2004511705A; US7090460B2; WO2002031360A1; JP4898076B2; US20030185667A1; EP1320684A1

Abstract

Die als Seitenkanalpumpe ausgebildete Pumpe, vorzugsweise Vakuumpumpe, besteht im Wesentlichen aus einem angetriebenen Rotor (16) und einem feststehenden Stator (14). Von dem Rotor (16) und dem Stator (14) wird ein in Umfangsrichtung umlaufender Pumpkanal begrenzt. An dem Rotor sind Schaufeln befestigt, die in den Pumpkanalquerschnitt hineinragen, wobei der Pumpkanal einen schaufelfreien Seitenkanal (44) aufweist. Der den Seitenkanal (44) enthaltende Pumpkanal (22) verläuft schraubenförmig um den Rotor (16). Dadurch ist der Pumpkanal nicht mehr auf die Länge einer Windung begrenzt, sondern kann eine Länge von beliebig vielen unterbrechungsfreien Windungen aufweisen. Damit lässt sich eine hohe Saugleistung und ein hohes Kompressionsverhältnis der Pumpe realisieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe als Seitenkanalpumpe zur Förderung von flüssigen und gasförmigen Fluiden, sowie Flüssigkeits-Gasgemischen.

Seitenkanalpumpen werden u. a. zur Erzeugung von Vakuum verwen det. Aus EP-A-0 170 175 ist eine als Seitenkanalpumpe ausgebil dete Vakuumpumpe bekannt, die mehrere kreisringförmig verlau fende Pumpkanäle aufweist, die jeweils durch den Rotor und durch den Stator begrenzt sind. An dem Rotor sind Schaufeln an geordnet, die in den jeweiligen Pumpkanal-Querschnitt hineinra gen. Die Schaufeln ragen von radial innen nur in einen Teil des Pumpkanal-Querschnittes hinein, so dass der radial äußere Be reich des Pumpkanals schaufelfrei ist. Der schaufelfreie Be reich des Pumpkanals ist der Seitenkanal. Bei Rotation des Ro tors werden die Fluidmoleküle durch die Schaufeln erfasst und in Umfangsrichtung beschleunigt. Durch die Fliehkraft werden die Fluidmoleküle nach außen in den schaufelfreien Seitenkanal bewegt. Im Seitenkanal wird die nach radial außen gerichtete Bewegung wieder nach radial innen in Richtung Schaufeln umge lenkt, wobei die Fluidmoleküle durch die Reibung an der fest stehenden Statorwand wieder stark abgebremst werden. Die Fluid moleküle verlassen den Seitenkanal nach radial innen und werden schließlich wieder von den Schaufeln erfasst und in Umfangs richtung beschleunigt. Durch diesen sich ständig wiederholenden Vorgang entsteht in dem Pumpkanal ein in Umfangsrichtung lau fender schraubenförmiger Fluidwirbel. Der Fluideinlass und der Fluidauslass werden durch eine Unterbrecherwand gebildet, die von dem Stator radial in die schaufelfreie Querschnittsfläche des Seitenkanals hineinragt. Im Bereich der Unterbrecherwand wird der ankommende Fluidstrom aus dem schaufelfreien Quer schnittsbereich des Pumpkanals zu einem Fluidauslass herausge leitet. Der Anteil des Fluids, der sich zu diesem Zeitpunkt im Bereich der Schaufeln aufhält, wird nicht durch die Unterbre cherwand erfasst und wird durch die Schaufeln daher zum Flui deinlass mitgeschleppt, der sich rückseitig der Unterbrecher wand befindet. Das zur Saugseite mitgenommene verdichtete Fluid expandiert auf der Ansaugseite wieder auf Ansaugdruck und muss erneut verdichtet werden. Der Pumpkanal bildet also im Bereich der Schaufeln einen systembedingten Kurzschluss zwischen der Druckseite und der Saugseite des ringartigen Pumpkanals. Die auf diese Weise bewirkten Druckverluste äußern sich in Form von Erwärmung und Geräuschemission. Zur Erzeugung hoher Verdich tungsgrade werden in einer Vakuumpumpe mehrere kreisringförmige Pumpkanäle hintereinandergeschaltet oder mit einer anderen Molekularpumpenstufe, beispielsweise mit einer Turbomolekularpum penstufe, kombiniert. Seitenkanalpumpen sind wegen ihres einfa chen mechanischen Aufbaus, ihrer Wartungsfreiheit und ihrer Zu verlässigkeit gut geeignet für den industriellen Einsatz. Durch die Vielzahl von verlustbehafteten Fluidein- und auslässen ist die Saugleistung und das Verdichtungsverhältnis jedoch be grenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Seitenkanal-Pumpe die Verdichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 16.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe verläuft der Pumpkanal nicht mehr kreisringförmig, sondern schraubengewindeförmig um den Ro tor. Dadurch ist der Pumpkanal nicht mehr auf weniger als eine Windung begrenzt, sondern kann mehr als eine bzw. eine Vielzahl von Windungen aufweisen. Die maximale Pumpkanallänge ist also nicht mehr auf einen einfachen Rotorumfang begrenzt, sondern ist durch die schraubenförmige Anordnung auf ein Vielfaches des Rotorumfanges verlängert und ist nur noch durch die axiale Ro torlänge begrenzt. Der Pumpkanal kann sich unterbrechungsfrei über eine Länge von einer Vielzahl von Windungen erstrecken, ohne dass der Pumpkanal durch verlustbehaftete Fluidein- und auslässe unterbrochen wird. In dem Pumpkanal bildet sich daher über die gesamte Pumpkanallänge eine ungestörte helixartige Fluidströmung. Damit wird eine hohe Verdichtung der Pumpe rea lisiert. Durch den Wegfall einer Vielzahl von Fluidein- und auslässen wird auch die Geräuschemission deutlich reduziert.

Der Stator ist als Mantelfläche eines Rotationskörpers ausge bildet, d. h. zylindrisch, konisch oder parabolisch. Der Stator ist daher sehr einfach aufgebaut und preiswert herstellbar. Es wird eine nahezu wartungsfreie Seitenkanal-Pumpe realisiert, die eine hohe Verdichtung und Saugleistung aufweist, einen pul sationsarmen Fluidstrom erzeugt, geringen Einbauraum erfordert und auf einfache Weise und preiswert herstellbar ist. Da keine Öldichtungen erforderlich sind, wird ein Fluid gefördert, das frei von Verunreinigungen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor eine den Pumpkanal seitlich begrenzende Kanalwand auf, die schraubenförmig um den Rotor herum verläuft. Der Stator ist im Bereich des Pumpkanals glattflächig ausgebildet. Nahezu alle Wände des Pumpkanals sind rotorseitig vorgesehen, werden also in Pumprichtung bewegt. Daher werden die Fluidmoleküle nur noch an einer einzigen Wand des Pumpkanals, nämlich an der durch den Stator gebildeten Wand, abgebremst. Auch hierdurch wird die Saugleistung der Pumpe erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der Pump kanal durchgehend über annähernd die gesamte Rotorlänge. Der Fluidein- und auslass sind jeweils stirnseitig des Rotors vor gesehen. Eine einzige in sich geschlossene Verdichtungsstufe erstreckt sich also über eine Vielzahl von Windungen über die gesamte Länge des Rotors. Der stirnseitige Fluideinlass und der stirnseitige Fluidauslass sind voneinander räumlich getrennt, es gibt also keinen Druckverlust bewirkenden Kurzschluss zwi schen der Druckseite und der Saugseite. Mit einer einzigen Ver dichterstufe kann daher eine hohe Verdichtung und Saugleistung realisiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Rotor mehrere Kanalwände auf, die mehrere zueinander parallele Pumpkanäle begrenzen. Es handelt sich also um eine mehrgängige Seitenkanal pumpe, die ein entsprechend hohes Saugvermögen aufweist.

Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche der Schaufeln zwi schen einem Fünftel und der Hälfte der Pumpkanal- Querschnittsfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umgibt der Stator den Ro tor. Alternativ oder in Kombination damit kann auch der Rotor den Stator umgeben. Insbesondere durch eine Kombination beider Bauformen in einem einzigen Rotor bzw. Stator lässt sich eine sehr kompakte Pumpe realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung isst die Kanalwand zu ei ner Radialen des Rotors geneigt angeordnet, und zwar in Förder richtung geneigt. Die Kanalwand steht also nicht senkrecht von einem zylindrischen Rotor ab, sondern ist zur Druckseite hin geneigt. Die in Förderrichtung hintere Kanalwand eines Pumpka nals weist dann zur feststehenden statorseitigen Kanalwand ei nen stumpfen Winkel von mehr als 90° auf, so dass die hinten liegende Kanalwand wie ein Schaber wirkt, der das Fluid von der Statorkanalwand abschabt und die Ausbildung des helixförmigen Fluidwirbels in dem Pumpkanal unterstützt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Schaufeln zur Radialen des Rotors geneigt angeordnet. Die Schaufeln stehen also nicht senkrecht von einem zylindrischen Rotor ab, sondern sind in Kanalrichtung zur Druckseite hin geneigt. Durch zur Druckseite vorgeneigte Schaufeln wird die in Förderrichtung auf das Fluid wirkende Strömungskomponente erhöht, wodurch sich gleichzeitig auch der Fluiddruck erhöht.

Vorzugsweise ist der Pumpkanal-Querschnitt an dem saugseitigen Ende größer als an dem druckseitigen Ende des Rotors. Das zur Druckseite hin zunehmend verdichtete Fluid wird, entsprechend seiner Verdichtung, in einem sich im Querschnitt verkleinernden Pumpkanal gefördert. Auf diese Weise lässt sich die Pumpkanal länge bei gleichbleibender axialer Rotorlänge erheblich verlän gern. Dadurch lässt sich die Rotorlänge relativ kurz halten, so dass ein kompakter Aufbau der Vakuumpumpe realisiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Pumpkanal eine Radialstufe auf. Die Höhe einer Pumpkanal-Radialstufe kann kleiner als die halbe Pumpkanalhöhe sein. Die stufenweise Ver kleinerung des Pumpkanalradius bewirkt eine Reduzierung der Ro tor-Umfangsgeschwindigkeit mit zunehmender Fluidverdichtung. Dadurch werden die Reibungsverluste zwischen rotorseitigen Ka nalwänden und den statorseitigen Kanalwänden reduziert. Durch die Begrenzung der Pumpkanal-Radialstufe auf die halbe Pumpka nalhöhe wird beim Übergang des Fluids von einem Pumpkanalab schnitt in den nächsten Pumpkanalabschnitt die Erhaltung des schraubenförmigen Wirbels sichergestellt. Dadurch werden die Druckverluste in der Radialstufe klein gehalten. In den jewei ligen Pumpkanalabschnitten ist der Pumpkanal unverändert schraubenförmig angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die rotorseitige Pumpkanal-Wand, und damit auch der Rotor, konisch ausgebildet. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche des Pumpkanals ent sprechend der Druckerhöhung in dem Pumpkanal zur Druckseite hin verkleinert werden. Ferner wird durch Reduzierung des Rotorau ßendurchmessers die Rotor-Umfangsgeschwindigkeit zur Druckseite hin reduziert. Die Geometrie des Pumpkanals wird an den Verlauf des Fluiddrucks angepasst. Auf diese Weise wird ein sehr kompakter Aufbau und ein reibungsarmer Lauf des Rotors in dem Sta tor realisiert.

Vorzugsweise ist ein Fluid-Kühlkanal vorgesehen, der zwischen zwei Pumpkanalabschnitten angeordnet ist. Hierdurch wird eine Zwischenkühlung des Fluids bewirkt. Das Fluid wird beispiels weise durch einen in den Pumpkanal hineinragenden Abstreifer aus dem Pumpkanal herausgeführt und in einem gekühlten Kühlka nal abgekühlt und anschließend wieder einem folgenden Pumpka nalabschnitt zugeführt. Durch die intensive Kühlung des Fluids in einem externen Kühlkanal wird die Erwärmung des Fluids sowie die des Rotors und des Stators begrenzt. Dadurch wird der Ver dichtungsvorgang der isothermen Verdichtung angenähert und die erforderliche Antriebsleistung reduziert.

Gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch ist der Pumpkanal an einer Stirnseite des Rotors angeordnet, wobei der den Seitenka nal enthaltene Pumpkanal spiralförmig auf der Rotorstirnseite verläuft. Analog zu der schraubenförmigen Anordnung des Pumpka nals gemäß Anspruch 1 lässt sich der Pumpkanal, statt in Form einer Schraube, in Form einer Spirale auf einem Rotor anordnen. Auch auf diese Weise lässt sich ein Pumpkanal mit mehreren Win dungen realisieren, die nicht durch Fluidein- und auslässe un terbrochen sind. Der Pumpkanal verläuft in einer logarithmi schen Spirale oder Evolvente. Die Saugseite des Pumpkanals kann außenseitig oder im Zentrum des Rotors bzw. Stators angeordnet sein.

Die zuvor beschriebenen Merkmale der sich auf eine Pumpe mit einem Pumpkanal auf der Außenseite eines Rotors beziehenden Un teransprüche sind in gleicher oder analoger Weise auch auf die Pumpe mit rotorstirnseitiger Anordnung des spiralförmigen Pump kanals übertragbar.

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

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe als Seitenkanalpumpe, mit einem zylindrischen Rotor und einem zylindrischen Stator im Längsschnitt,

Fig. 2a eine Detaildarstellung der Pumpkanäle der Pumpe der Fig. 1,

Fig. 2b einen Querschnitt der Pumpe der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Rotor der Pumpe der Fig. 1.,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit mehreren stufenartig hin tereinander angeordneten Pumpkanälen,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit einem konischen Rotor und einem konischen Stator,

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit einem Pumpkanal, dessen Querschnitt sich zur Druckseite hin verklei nert,

Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit einer mäanderartigen An ordnung mehrerer Pumpkanäle,

Fig. 8 eine sechste Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe in Draufsicht auf den Rotor mit einem spiralförmigen auf der Rotorseite angeordneten Pumpkanal,

Fig. 9 die Vakuumpumpe der Fig. 8 in Längsschnitt,

Fig. 10 eine siebte Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit einem auf dem Rotoraußen umfang angeordneten Pumpkanal und einem sich daran anschließenden, auf der Rotorstirnseite angeordneten, Pumpkanal,

Fig. 11 eine achte Ausführungsform einer Pumpe als Sei tenkanalpumpe mit einem Fluid-Kühlkanal,

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie XII- XII der Pumpe der Fig. 11,

Fig. 13 eine neunte Ausführungsform einer Pumpe als Seitenkanalpumpe mit einem Fluid-Kühlkanal, und

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie XIV -XIV der Pumpe der Fig. 13.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer als Seitenkanal pumpe ausgebildeten Pumpe 10 zur Förderung eines Fluids, insbe sondere zur Förderung eines Gases dargestellt. Die Pumpe 10 dient der Erzeugung eines Vakuums auf der Saugseite 11 und zur.

Verdichtung des Fluids auf Fein- oder Grobvakuum auf der Druck seite 13.

Die Seitenkanal-Vakuumpumpe 10 wird im Wesentlichen gebildet von einem ein feststehendes Gehäuse 12 bildenden Stator 14 und einem angetriebenen Rotor 16 in dem Statorgehäuse 12. Der Rotor 16 wird durch einen Elektromotor angetrieben, durch den der Ro tor 16 mit bis zu 80.000 Umdrehungen/Minute rotiert werden kann. Der Rotor 16 und das Statorgehäuse 12 sind aus Metall ge fertigt, können jedoch auch aus Keramik bestehen, aus Kunst stoff gefertigt sein oder aus einem mit Kunststoff beschichte ten Material bestehen. Der Betrieb der Vakuumpumpe 10 erfolgt schmiermittelfrei, so dass eine Verschmutzung des gepumpten Fluids ausgeschlossen ist.

Das Fluid strömt von der Saugseite 11 der Vakuumpumpe 10 durch einen Fluideinlass 48 in das Statorgehäuse 12 an der einen Stirnseite des Rotors 16 und strömt verdichtet an der anderen Stirnseite des Rotors 16 durch einen Fluidauslass 50 aus dem Statorgehäuse 12 zur Druckseite 13 wieder heraus.

Der Rotor 16 besteht aus einem einstückigen Rotorkörper 18 mit einer Welle 19 und weist an seinem Außenumfang eine einzige nach radial außen abstehende Kanalwand 20 auf, die in Form ei ner Schraubenlinie mit konstanter Steigung über die gesamte axiale Länge des Rotors 16 verläuft. Das auf diese Weise gebil dete schraubenartige Gewinde ist eingängig. Die Kanalwand 20 begrenzt zwischen sich über die gesamte Rotorlänge einen einzi gen auf dem Rotorumfang schraubenförmig umlaufenden Pumpkanal 22. Der von dem Rotorkörper 18 gebildete Kanalboden 25 ist im Querschnitt annähern kreisförmig ausgebildet. Außen- bzw. sta torseitig wird der Pumpkanal 22 durch die zylindrische Gehäuse wand 24 des Gehäuses 12 begrenzt. Die Innenseite 26 der Gehäusewand 24 ist glattflächig ausgebildet. Der Pumpkanal 22 ver läuft in einer einzigen Windung über die gesamte Länge des Ro tors 16.

Die Kanalwand 20 ist mit einem Winkel 28 von annähernd 15° ge neigt zur Radialen 30 des Rotors 16, wie in Fig. 2a darge stellt. Die Kanalwand 20 ist derart geneigt, dass sie axial in Richtung Druckseite 13 vorgebeugt ist. Die druckseitige Seite 32 der Kanalwand 20, die die saugseitige Wand des Pumpkanals 22 bildet, nimmt einen stumpfen Winkel gegenüber der statorseiti gen Gehäusewand-Innenseite 26 ein. Dadurch wirkt die drucksei tige Kanalwand-Vorderkante 34 wie ein Schaber gegenüber der Ge häusewand-Innenseite 26 und schält das Fluid auf diese Weise von der Gehäuseinnenseite 26 ab.

Im druckseitigen und rotorseitigen Viertel des Pumpkanal- Querschnittes sind gleichmäßig zueinander beabstandet eine Vielzahl von plattenartigen Schaufeln 38 angeordnet. Die kreis segmentförmigen Schaufeln 38 nehmen ungefähr ein Fünftel der Pumpkanal-Querschnittsfläche ein, können jedoch auch größer ausgebildet sein. Die Schaufeln 38 sind im Bereich des saug- und rotorseitigen Viertels des Kanalquerschnittes angeordnet. Jede Schaufel 38 steht ungefähr rechtwinklig zu der Kanalwand 20 und in einem Winkel 40 von 10°-20° zu einer Radialen 42 des Rotorkörpers 18, wie in Fig. 2b dargestellt. Durch die Nei gung der Schaufel 38 in Drehrichtung bzw. zur Druckseite nach vorne, wird der in dem Fluid erzeugte Druck im Vergleich zu nichtgeneigten Schaufeln erhöht. Die in Drehrichtung vorgeneig ten Schaufeln 38 bewirken eine erhöhte Strömungskomponente, die direkt proportional zur Druckerhöhung ist.

Die schaufelfreie statorseitige Hälfte des Pumpkanals 22 bildet einen Seitenkanal 44 des Pumpkanals 22. Der Seitenkanal 44 des Pumpkanals 22 ist stets die außen liegende und schaufelfreie Hälfte des Pumpkanals 22.

Der Spalt 56 zwischen der Kanalwand 20 und der Innenseite 26 der Gehäusewand 24 ist so schmal, dass der durch die Druckdif ferenz zwischen benachbarten Pumpkanalgängen bedingten Rück strom wesentlich kleiner ist, als die in einer Windung aufge baute Druckdifferenz. Der Strömungswiderstand des Spaltes 56 ist so groß, dass er einer nennenswerten Fluid-Rückströmung in Richtung Saugseite 11 entgegensteht. Der Strömungswiderstand in dem Spalt 56 lässt sich durch eine entsprechend dicke Kanalwand 20 und damit eine entsprechende axiale Verlängerung des Spaltes 56 verändern.

Das Fluid strömt durch den Fluideinlass 48 in das Statorgehäuse 12 ein und wird durch die Kanalwand 20, den Kanalboden 25 und die Schaufeln 38 beschleunigt und auf diese Weise in den umlau fenden Pumpkanal 22 tangential in Umfangsrichtung verdichtet, und gleichzeitig axial in Richtung Fluidauslass befördert. In dem geschlossenen schraubenförmigen Pumpkanal 22 wird das Fluid bzw. werden die Fluidmoleküle dabei auf einer Schraubenlinie innerhalb des Pumpkanals 22 bewegt.

Wie insbesondere in den Fig. 2a und 3 dargestellt, wird das Fluid durch die Schaufel 38 in Rotor-Umfangsrichtung beschleu nigt. Durch die Beschleunigung wird die auf das Fluid wirkende Zentrifugalkraft erhöht, so dass das Fluid nach radial außen in den Seitenkanal 44 strömt. Das Fluid stößt schließlich auf die feststehende Innenseite 26 der Stator-Gehäusewand 24 und wird dort abgebremst und nach radial innen reflektiert. Bei der Ver zögerung an der Innenseite der Stator-Gehäusewand 24 vermischt sich der Fluidstrom 54 mit Fluidteilchen aus anderen Kanalab schnitten, die bereits an der Stator-Gehäusewand 24 abgebremst wurden. Im radial inneren Bereich des Pumpkanals 22 bzw. im Be reich der Schaufel 38 ist der Druck niedriger als im radial äu ßeren Bereich des Pumpkanals 22 also im Seitenkanal 44. Dadurch wirkt eine Kraft auf das Fluid nach radial innen aus dem Sei tenkanal 44 heraus. Ferner wird das abgebremste Fluid durch die Kanalwandvorderkante 34 von der Statorwand-Innenseite 26 abge schält und von der Kanalwand 20 auf diese Weise axial in Rich tung Fluidauslass 50 bewegt. Das Fluid strömt an der saugseiti gen Kanalwandseite 32 der Kanalwand 20 entlang aus dem Seiten kanal 44 heraus zum Kanalboden 25, in dem das Fluid wieder um ungefähr 180° nach radial außen umgelenkt wird. Dabei wird es von der Schaufel 38 erfasst und in Umfangsrichtung wieder be schleunigt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das auf diese Weise verdichtete Fluid das auslassseitige axiale Ende des Ro tors 16 erreicht und dort durch den Fluidauslass 50 ausströmt. In dem Fluid-Pumpkanal 22 wird auf diese Weise ein helixförmi ger Fluidstrom 54 erzeugt, in dessen Verlauf das Fluid zuneh mend verdichtet wird. Mit der beschriebenen Pumpe lassen sich gasförmige Fluide vom Ultrahochvakuum bis auf annähernd atmo sphärischen Druck mit einer einzigen Verdichtungsstufe verdich ten.

Die vorliegende Vakuumpumpe 10 kann prinzipiell mit einem be liebig langen Pumpkanal 22 realisiert werden, so dass sehr hohe Verdichtungsleistungen erzielbar sind. Durch die kontinuierli che Fluidverdichtung werden verlustbehaftete Übergänge zwischen verschiedenen Verdichterstufen vermieden. Der bei herkömmlichen Seitenkanalverdichtern mit kreisringförmigen Pumpkanälen sys tembedingte Kurzschluss zwischen Druckseite und Saugseite ent fällt bei der schraubengewindeartigen Pumpkanalanordnung voll ständig. Bis auf die Innenseite 26 der Stator-Gehäusewand 24 sind alle Wände eines Pumpkanals 22 rotierend, d. h. das Fluid verdichtend ausgebildet. Auch hierdurch wird die Verdichtungsleistung der vorliegenden Vakuumpumpe erhöht. Der Fluidför derstrom ist pulsationsarm. Wegen der wenigen beweglichen Teile und wegen des einfachen Aufbaus ist die vorliegende Vakuumpumpe preiswert herstellbar und erfordert nur einen geringen War tungsaufwand.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer zweigängi gen Seitenkanal-Pumpe 70 dargestellt, bei der vier Stufen 72, 73, 74, 75 mit Pumpkanälen 80-83, 80'-83' verschiedener Durchmesser vorgesehen sind. Jede Stufe 72-75 weist zwei pa rallele Pumpkanäle 80, 80'; 81, 81'; 82, 82'; 83, 83' auf, wo durch das Saugvermögen der Pumpe 70 gegenüber eingängigen Pum pen verdoppelt ist. Sowohl der Rotor 86 als auch die Stator- Gehäusewand 88 sind derart gestuft ausgebildet, dass sich der Radius der Pumpkanäle 80-83 von Stufe zu Stufe zur Druckseite 13 jeweils verringert, während die Querschnittsfläche der Pump kanäle 80-83, 80'-83' jeweils gleich bleibt. Die Höhe einer Radialstufe 90, 91, 92 beträgt jeweils ungefähr ein Drittel der radialen Höhe eines Pumpkanals 80-83, 80'-83'. Durch Be grenzung der Radialstufenhöhe auf maximal die Hälfte der radia len Pumpkanalhöhe bleibt der schraubengewindeförmige Verlauf des Pumpkanals auch im Bereich der Radialstufen 90-92 weitge hend erhalten. Dadurch wird sichergestellt, dass die helixför mige Fluidströmung nur unwesentlich gestört wird. Dadurch wird wiederum ein nennenswerter Druckverlust im Bereich der Radial stufen 90-92 vermieden. Durch die Verkleinerung des Pumpka nalradius zur Druckseite 13 hin werden die Reibungsverluste zwischen Rotor 86 und Stator-Gehäusewand 88 reduziert.

In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Seitenka nal-Pumpe 100 dargestellt, bei der ein Rotor 102 sowie eine Ge häusewand-Innenseite 104 eines Stators 106 sich konisch von der Saugseite 11 zur Druckseite 13 hin verjüngend ausgebildet sind.

Der Rotor 102 weist zwei Pumpkanäle 110 und 111 auf, die neben einander liegend schraubenförmig auf der Rotoraußenseite ange ordnet sind. Die radiale Höhe der beiden parallelen Pumpkanäle 110, 111 ist über die gesamte Länge der Pumpkanäle 110, 111 gleichbleibend. Durch die Verjüngung des Rotors 102 und des Stators 106 zur Druckseite hin wird die Reibung zwischen Rotor 102 und Stator 106 verringert.

Bei der in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsform einer Seitenkanal-Pumpe 120 ist die Innenseite 122 der StatorGehäuse wand 124 zylindrisch ausgebildet. Auch die von dem Rotor 125 gebildete Hüllkurve, die durch die äußeren Enden der Kanalwände 126 gebildet wird, ist zylindrisch. Sowohl die radiale Höhe als auch die axiale Breite der Pumpkanäle 128, 128' verringert sich kontinuierlich von der Saugseite 11 zur Druckseite 13 hin, so dass die Steigung der Pumpkanäle 128, 128' zur Druckseite hin abnimmt. Durch die stetige Verkleinerung des Pumpkanalquer schnitts zur Druckseite 13 hin kann die Pumpkanallänge bei gleich bleibender axialer Rotorlänge erheblich verlängert wer den, wodurch eine kompaktere Bauweise ermöglicht wird. Die Ver kleinerung des Pumpkanal-Querschnittes in Richtung Druckseite 13 erfolgt ungefähr analog zur Druckerhöhung des Fluids in den beiden Pumpkanälen 128, 128'. Auf diese Weise wird berücksich tigt, dass das Fluid durch die fortlaufende Verdichtung in den Pumpkanälen 128, 128' zur Druckseite 13 hin immer weniger Raum benötigt.

In dem in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel ei ner Pumpe 140 sind drei Pumpkanalzüge 142, 144, 146 mäanderar tig und ineinander geschachtelt angeordnet. Auf diese Weise lässt sich die axiale Länge des Rotors 148 erheblich reduzie ren. In dem mittleren Pumpkanalzug 144 sind die Flügel 150 in dem druckseitigen und radial inneren Viertel des Pumpkanal- Querschnittes angeordnet. Dadurch wird eine schraubenartige Fluidströmung auch in dem Pumpkanal 152 des mittleren Pumpka nalzuges 144 erzeugt.

In den Fig. 8 und 9 ist eine sechste Ausführungsform einer Pumpe 170 als Seitenkanalpumpe dargestellt, bei der der Pumpka nal 172 auf einer Stirnseite des Rotors 174 in einer Quer schnittsebene des Rotors 174 spiralförmig angeordnet ist. Der Pumpkanal 172 wird radial durch eine spiralförmig auf dem Ro torkörper 178 angeordnete Kanalwand 176 begrenzt, die sich über fünf Windungen erstreckt. Die Kanalwand 176 und damit auch der Pumpkanal 172 folgen einer logarithmischen Spirale. Der Flui deinlass 180 an der Saugseite 11 befindet sich im vorliegenden Fall am Außenumfang des Rotors 174 und der Fluidauslass 182 an der Druckseite 13 befindet sich im Zentrum des Rotors 174. In dem Pumpkanal 172 sind Schaufeln 184 in Form eines 90% Kreissegmentes an der inneren Kanalwandseite angeordnet. Der von der Kanalwand 176 und dem Rotorkörper 178 begrenzte Pumpka nal 172 wird axial begrenzt durch ein im wesentlichen scheiben förmiges Statorgehäuse 171.

Die Verdichtung des Fluids in dem Pumpkanal 172 erfolgt in gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Seitenkanal- Pumpen der Fig. 1-7.

In einem in Fig. 10 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel einer Seitenkanal-Pumpe 200 sind auf einem Rotar 202 zwei schraubenförmige Pumpkanäle 204, 204' kombiniert mit einem sich daran anschließenden spiralförmigen Pumpkanal 206.

In den Fig. 11-14 sind zwei Varianten einer Fluidkühlung dar gestellt. Das Fluid wird aus dem jeweiligen Pumpkanal herausgeführt, in einem Kühlkanal gekühlt und schließlich dem Pumpkanal wieder zugeführt.

Ein einfaches Ausführungsbeispiel einer Fluidkühlung einer Sei tenkanal-Pumpe 220 ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt: In die zwei parallelen Pumpkanäle 222, 222' ragt statorseitig ein feststehender streifenförmiger Abstreifer 224 radial von außen hinein. Der Abstreifer 224 hat eine axiale Länge, die ungefähr einer axialen Kanalbreite entspricht und ragt ungefähr bis zur halben radialen Höhe der Pumpkanäle 222, 222' bis zu den Schau feln 226 in den Pumpkanal 222 hinein. Die Kanalwand 228 ist im Bereich des Abstreifers 224 auf die radiale Höhe der Schaufeln 226 begrenzt, damit sie nicht mit dem Abstreifer 224 kolli diert. Durch den Abstreifer 224 wird ungefähr die Hälfte des geförderten Fluids aus den Pumpkanälen 222, 222' herausgeleitet und in einen Kühlkanal 230 eingeleitet. Der Kühlkanal 230 ver läuft um die zylindrische Statorwand 232 herum und ist seiner seits von einem Kühlmittelkanal 234 umgeben. In dem Kühlmit telkanal 234 fließt ein Kühlmittel, durch das der Kühlkanal 230 und damit das darin strömende Fluid gekühlt werden. Der Kühlka nal 230 und der Kühlmittelkanal 234 verlaufen ringförmig um die Statorgehäusewand 232 herum. An der Rückseite des Abstreifers 224 strömt das gekühlte Fluid aus dem Kühlkanal 230 kommend wieder in die Pumpkanäle 225, 225' ein. Durch die Kühlvorrich tung 223 wird ungefähr die Hälfte des Fluids aus den Pumpkanä len 222, 222' in den Kühlkanal 230 geleitet. Die andere Hälfte des Fluids im Bereich der Schaufeln 226 passiert den Abstreifer 224 und damit die Kühlvorrichtung 223 ungekühlt. Auf diese Wei se wird zwar für ungefähr die Hälfte des Fluids gekühlt, jedoch die schraubenförmige Fluidströmung in den Pumpkanälen 222, 222', 225, 225' nur geringfügig gestört.

Bei dem in den Fig. 13 und 14 dargestellten weiteren Ausfüh rungsbeispiel einer Seitenkanal-Pumpe 240 ragt der Abstreifer 242 der Kühlvorrichtung 244 radial über die vollständige radia le Höhe der Pumpkanäle 248, 248' in den Rotor 246 hinein. Der Abstreifer 242 ragt in eine umlaufende Ringnut 243 des Rotors 246 hinein. Auf diese Weise wird der gesamte Fluidstrom aus den Pumpkanälen 248, 248' in einen Kühlkanal 250 abgezweigt und dort gekühlt. Der Kühlkanal 250 ist wiederum von einem Kühlmit telkanal 252 umgeben. Zur Reduzierung von Pulsationen des Flu idstroms ragt in die Ringnut 243 ein zweiteiliger Leitring 2541, 2542 hinein. Der Leitring 2541, 2542 besteht aus zwei Halbringen 2541, 2542 und ist gleichsinnig zu den Kanalwänden 256 schraubenförmig verlaufend ausgebildet. Dadurch kann der Fluidstrom aus den Pumpkanälen 248, 248' vor dem Auftreffen auf den Abstreifer 242 allmählich auslaufen, bevor er durch den Ab streifer 242 in den Kühlkanal 250 umgeleitet wird. Nachdem das Fluid durch den Kühlkanal 250 gelaufen ist, wird es an dem Leitring 2542 entlang wieder den Pumpkanälen 249, 249' zuge führt. Auf diese Weise wird der gesamte Fluidstrom aus den Pumpkanälen 248, 248' herausgeleitet, gekühlt und wieder in die folgenden Pumpkanäle 249, 249' eingeführt, ohne dass starke Pulsationen auftreten. Auf diese Weise lässt sich eine Flu idzwischenkühlung realisieren, die nur geringe Druckverluste bewirkt.

Zusätzlich oder alternativ zur vorbeschriebenen Fluidkühlung kann das Statorgehäuse durch eine Kühlvorrichtung gekühlt wer den. Dazu kann das Statorgehäuse über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Länge mit einem oder mehreren Kühlkanälen um geben sein, in denen eine Kühlflüssigkeit ein Kühlgas oder ein anderes Kühlmittel das Statorgehäuse umfließt.

Durch die Fluidkühlung wird die Fluidverdichtung einer isother men Verdichtung angenähert, wodurch wiederum die erforderliche Rotor-Antriebsleistung reduziert wird.

Claims

1. Pumpe als Seitenkanalpumpe, mit
einem angetriebenen Rotor (16) und einem Stator (14),
einem umlaufenden Pumpkanal (22), der in dem Rotor (16) ausgebildet und von dem Stator (14) begrenzt ist,
Schaufeln (38), die an dem Rotor (16) befestigt sind und in den Pumpkanal-Querschnitt hineinragen, und
einem schaufelfreien Seitenkanal (44) in dem Pumpkanal (22),
dadurch gekennzeichnet,
dass der den Seitenkanal (44) enthaltende Pumpkanal (22) schraubenförmig um den Rotor (16) verläuft.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Pumpkanal (22) seitlich begrenzende Kanalwand (20) von dem Rotor (16) abragt, die schraubenförmig verläuft, und dass der Stator (14) im Bereich des Pumpkanals (22) glatt flächig ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (22) mehr als eine Windung hat.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich net, dass der Pumpkanal (22) sich durchgehend über annä hernd die gesamte Rotorlänge erstreckt und ein Fluideinlass (48) und ein Fluidauslass (50) jeweils stirnseitig des Ro tors (16) vorgesehen ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich net, dass der Rotor (125) mehrere Kanalwände (126) auf weist, die mehrere zueinander parallele Pumpkanäle (128, 128') begrenzen.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich net, dass die Fläche der Schaufel (38) zwischen einem Fünf tel und der Hälfte der Pumpkanal-Querschnittsfläche be trägt.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeich net, dass der Stator (14) den Rotor (16) umgibt.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeich net, dass der Rotor den Stator umgibt.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeich net, dass die Kanalwand (20) zu einer Radialen (30) des Rotors (16) geneigt angeordnet ist.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeich net, dass die Schaufeln (38) jeweils zu einer Radialen (42) des Rotors (16) geneigt angeordnet sind.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeich net, dass der Pumpkanal-Querschnitt an der Saugseite (11) größer als an der Druckseite (13) des Pumpkanals (128) ist.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (80, 81, 82, 83) Radialstufen (90, 91, 92) auf weist.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe einer Pumpkanal-Radialstufe (90, 91, 92) kleiner als die halbe radiale Pumpkanalhöhe ist.

14. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (106) konisch ausgebildet ist.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeich net, dass ein Kühlkanal (230) vorgesehen ist, der zwischen zwei Pumpkanal-Abschnitten (222, 222') angeordnet ist.

16. Pumpe als Seitenkanalpumpe, mit
einem angetriebenen Rotor (174) und einem Stator (171),
einem umlaufenden Pumpkanal (172) an einer Stirnseite des Rotors (174), wobei der Pumpkanal (172) von dem Rotor (174) und dem Stator (171) begrenzt ist,
Schaufeln (184), die an dem Rotor (174) befestigt sind und in den Pumpkanal-Querschnitt hineinragen, und
einem schaufelfreien Seitenkanal in dem Pumpkanal (172),
dadurch gekennzeichnet,
dass der den Seitenkanal enthaltende Pumpkanal (172) spi ralförmig auf der Stirnseite des Rotors (174) verläuft.