DE102005003091A1

DE102005003091A1 - Vakuum-Seitenkanalverdichter

Info

Publication number: DE102005003091A1
Application number: DE200510003091
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. Beyer; Heinrich Engländer
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH; Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2005-01-22
Filing date: 2005-01-22
Publication date: 2006-07-27
Also published as: JP2008528852A; EP1838966A1; WO2006077175A1; US20080112790A1

Abstract

Ein Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) weist einen Pumpenstator (14) und einen Pumpenrotor (12) auf, die einen Seitenkanal (31, 32, 33, 34) umschließen. Zur Lagerung des Pumpenrotors (12) ist ein Axiallager (22) vorgesehen. Seitlich des Seitenkanals ist zwischen dem Pumpenstator (14) und dem Pumpenrotor (12) ein Dichtspalt (40) gebildet, der teilweise einen Kegelring bildet, dessen gedachte Kegelspitze (50) in der Nähe des Axiallagers (22) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Seitenkanalverdichter mit einem Pumpenstator und einem Pumpenrotor, die einen Seitenkanal umschließen.
Seitenkanalverdichter gehören zu den Molekularpumpen, die zur Erzielung einer Pumpwirkung im molekularen Bereich mit hohen Drehzahlen drehen müssen. Um die Rückströmverluste von und zu einem Seitenkanal möglichst gering zu halten, sind seitlich der Seitenkanäle sehr enge Dichtspalte zwischen dem Pumpenstator und dem Pumpenrotor erforderlich. Hohe Drehzahlen zur Erzielung einer hohen Kompression einerseits und enge Spalte andererseits sind jedoch konkurrierende Ziele. Neben den durch hohe Drehzahlen erzeugten hohen Fliehkräften wirkt sich vor allem die thermische Ausdehnung des Rotors, bedingt durch Wärmeverluste des Antriebsmotors, Reibungsverluste der Lagerung sowie Kompressionsarbeit verkleinernd auf den Dichtspalt aus. Ein größerer Dichtspalt verschlechtert jedoch wiederum die Kompression.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vakuum-Seitenkanalverdichter zu schaffen, bei dem die betriebsbedingten Einflüsse auf den Dichtspalt verringert sind.

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

Bei dem erfindungsgemäßen Vakuum-Seitenkanalverdichter bildet der Dichtspalt mindestens teilweise einen Kegelring, dessen gedachte Kegelspitze in der Nähe des Rotor-Axiallagers liegt. Der Rotor des Seitenkanalverdichters wird üblicherweise durch zwei Lager drehbar gelagert, wobei eines der beiden Lager den Rotor axial fixiert. Bei einer fliegenden Lagerung des Pumpenrotors ist dies das dem Pumpenrotor nächstliegende Lager. Da der Dichtspalt und die einander gegenüberliegenden Dichtspalt-Flächen des Pumpenstators und des Pumpenrotors jeweils einen Kegelring bilden, dessen gedachte Kegelspitze in der Nähe des Axiallagers liegt, dehnt sich der Pumpenrotor bei seiner thermisch bedingten Ausdehnung im Bereich des Dichtspaltes annähernd parallel zu dem Kegelring aus, so dass der Abstand zwischen den Dichtspalt-Flächen des Pumpenstators und des Pumpenrotors, d. h. das Spaltmaß des Dichtspaltes, bei jeder Pumpenrotor-Temperatur ungefähr konstant bleibt. Bei der Bemessung des Spaltmaßes des Kegelring-Dichtspaltes können die wärmbedingten Einflüsse weitgehend unbeachtet bleiben. Auf diese Weise müssen für höhere betriebsbedingte Temperaturen keine Reserven bei der Bemessung des Dichtspaltes vorgesehen sein. Das Spaltmaß kann also sehr klein, d. h. der Dichtspalt kann sehr eng ausgelegt werden, wobei dieses Spaltmaß im Wesentlichen bei allen Pumpenrotor-Temperaturen gleich eng bleibt, wodurch geringe Rückströmverluste bewirkt werden. Hierdurch verbessert sich insgesamt die Pumpwirkung des Vakuum-Seitenkanalverdichters.

Vorzugsweise ist die Kegelspitze nicht mehr als die halbe Stützlänge entfernt von dem Axiallager. Die Stützlänge ist die Länge zwischen den zwei den Pumpenrotor haltenden Lagern. Die Kegelspitze liegt also in einem Bereich von der Länge einer Stützlänge um das Axiallager herum.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kegelspitze nicht mehr als eine Axiallager-Länge von dem Axiallager entfernt. Die Kegelspitze liegt also in einem Bereich von einer Länge von drei Axiallager-Längen um den Axiallager-Mittelpunkt herum. Idealerweise liegt die Kegelspitze innerhalb des Axiallagers selbst.

Vorzugsweise sind mindestens zwei Seitenkanäle vorgesehen, die gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung in einer Radialebene liegen. Auf diese Weise kann eine jedenfalls axial kompakte Konstruktion eines Seitenkanalverdichters realisiert werden. Die Dichtspalte zwischen den benachbarten Seitenkanälen bilden alle jeweils einen eigenen Kegelring mit jeweils einem anderen Kegelwinkel. Die Kegelspitzen zu allen Kegelringen liegen in annähernd einem einzigen Punkt in der Nähe des Axiallagers.

Vorzugsweise liegen der bzw. liegen die nicht-kegelförmigen Teile des Spaltes zwischen zwei Seitenkanälen in einer Radialebene und/oder auf einer Zylinderfläche. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich der Spalt bei zunehmender Temperatur des Pumpenrotors, d. h. bei zunehmender thermischer Ausdehnung des Pumpenrotors, stets vergrößert, nicht jedoch verkleinert. Hierdurch wiederum wird sichergestellt, dass bei zunehmender Erwärmung des Pumpenrotors die Gefahr des Anlaufens und Festfressens des Pumpenrotors an dem Pumpenstator im Bereich der Spalte zwischen denn Pumpenrotor und dem Pumpenstator gering ist.

Vorzugsweise ist der Querschnitt des jeweils äußeren Seitenkanals größer als der des benachbarten inneren Seitenkanales. Der Seitenkanalverdichter hat auf diese Weise eine innere Verdichtung, die insgesamt zu einer höheren Gesamtkompression des Seitenkanalverdichters führt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Vakuum-Seitenkanalverdichter mit vier Pumpstufen.

In der Figur ist ein Vakuum-Seitenkanalverdichter 10 dargestellt, der einen Pumpenrotor 12, einen Pumpenstator 14, ein Gehäuse 16, einen elektrischen Antriebsmotor 18, eine Welle 20 sowie zwei die Welle 20 lagernde Lager 22, 24 aufweist.

Der Pumpenstator 14 und der Pumpenrotor 12 umschließen vier Seitenkanäle 31, 32, 33, 34, die ungefähr in einer Radialebene liegen. Der Pumpenrotor 12 ist hierzu scheibenartig ausgebildet. Der Querschnitt der Seitenkanäle 31–34 verkleinert sich von radial außen nach radial innen, so dass der jeweils radial äußere Seitenkanal 31, 32, 33 im Querschnitt größer ist als der jeweils radial innere benachbarte Seitenkanal 32, 33, 34. Die Seitenkanäle 31 bis 34 sind seriell miteinander verbunden, so dass das außenseitig durch einen Gaseinlass 36 angesaugte Gas die vier Seitenkanäle 31 bis 34 von außen nach innen durchläuft, und schließlich durch einen Gasauslass 38 ausgestoßen wird.

Der Pumpenrotor 12 ist fliegend gelagert. Das dem Pumpenrotor 12 nähere Lager 22 ist ein als Wälzlager ausgebildetes Radial-Axiallager 22, während das dem Pumpenrotor 12 fernere Lager 24 ebenfalls ein Wälzlager, jedoch ein reines Radiallager ist.

Zwischen dem Pumpenstator 14 und dem Pumpenrotor 12 wird von den einander gegenüberliegenden Flächen 52, 54 des Pumpenstators 14 und des Pumpenrotors 12 jeweils ein Dichtspalt 40, 42, 44, 46 gebildet. Die Dichtspalte 40, 42, 44, 46 bilden jeweils einen Kegelring. Die Kegelringe sind jeweils Teil eines gedachten Kegels 61, 62, 63, 64, deren gemeinsame gedachte Kegelspitze 50 innerhalb des Axiallagers 22 liegt. Der einen Kegelring bildende Dichtspalt 40 des äußeren Seitenkanales 31 wird durch eine entsprechend geneigte Pumpen-Rotor-Dichtfläche 52 und eine gegenüberliegende entsprechend geneigte Pumpenstator-Dichtfläche 54 gebildet.

Da die beiden Dichtflächen 52, 54 und der hierdurch gebildete Dichtspalt 40 einen Kegelring bilden, dessen gedachte Kegelspitze 50 innerhalb des einzigen Axiallagers 22 liegt, ändert sich das Spaltmaß des Dichtspaltes 40 bei wärmebedingter Ausdehnung des Pumpenrotors 12 nicht oder allenfalls geringfügig. Hierdurch ist das Spaltmaß des Dichtspaltes 40 über einen hohen Temperaturbereich annähernd konstant und kann sehr klein ausgelegt werden, beispielsweise kleiner als 0,1 mm. Hierdurch wiederum werden die Rückströmverluste zwischen den vier Seitenkanälen 31 bis 34 sowie zwischen dem äußeren Seitenkanal 31 und dem Gaseinlass 36 gering gehalten.

Die übrigen nicht-kegelringförmigen Spalte zwischen dem Pumpenrotor 12 und dem Pumpenstator 14 liegen in einer Radialebene oder in einer Zylinderfläche. Diese nicht-kegelringförmigen Spalte vergrößern sich bei zunehmender thermischer Ausdehnung des Pumpenrotors 12. Der in einer Zylinderebene liegende Spalt zwischen Pumpenstator 14 und Pumpenrotor 12 muss hierzu von einer Pumpenstator-Spaltfläche gebildet werden, die nach radial innen orientiert ist, da sich andernfalls der jeweilige Spalt bei zunehmender Pumpenrotor-Erwärmung verkleinern würde. Die nach radial außen orientierten Spaltflächen des Pumpenrotors liegen alle auf einem Kegelring, dessen gedachte Kegelspitze innerhalb des Axiallagers liegt, wie oben beschrieben.

Claims

Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) mit einem Pumpenstator (14) und einem Pumpenrotor (12), die zusammen einen zweiten Kanal (31, 32, 33, 34) umschließen, und einem Axiallager (22) zur Lagerung des Pumpenrotors (12), wobei seitlich des Seitenkanals zwischen dem Pumpenstator (14) und dem Pumpenrotor (12) ein Dichtspalt (40) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (40) einen Kegelring bildet, dessen gedachte Kegelspitze (50) auf einer Axialen in der Nähe des Axiallagers (22) liegt.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelspitze (50) von dem Axiallager (22) nicht mehr als die halbe Stützlänge entfernt ist.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelspitze (50) nicht mehr als eine Axiallager-Länge von dem Axiallager (22) entfernt ist.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Seitenkanäle (31, 32, 33, 34) vorgesehen sind.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanäle (31, 32, 33, 34) in einer einzigen Radialebene liegen.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-kegelförmiger Teil eines Spaltes zwischen zwei Seitenkanälen (31, 32, 33, 34) in einer Radialebene und/oder auf einer Zylinderfläche liegt.
Vakuum-Seitenkanalverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des jeweils äußeren Seitenkanales (31, 32, 33) größer als der des benachbarten inneren Seitenkanales (32, 33, 34) ist.