DE10357546A1

DE10357546A1 - Side channel pump stage

Info

Publication number: DE10357546A1
Application number: DE2003157546
Authority: DE
Inventors: Peter Fahrenbach
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1541871B1; EP1541871A2; EP1541871A3

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Seitenkanalpumpstufe mit auf einer Welle (10) befestigten Rotorelementen (12) und Statorelementen (14a, 14b), welche mit den feststehenden Teilen der Pumpe verbunden sind. An den Rotorelementen sind auf einem oder mehreren konzentrischen Ringen Schaufeln (16, 18) angeordnet. In den Statorelementen (14a, 14b) sind ein oder mehrere konzentrische Kanäle (22a, 24a) eingearbeitet, in welche die Schaufeln der Rotorelemente eingreifen. Die Kanäle können so angeordnet sein, dass sie eine parallele Gasführung oder, mithilfe von Verbindungskanälen (30), eine serielle Gasführung erlauben.The invention describes a side channel pumping stage with rotor elements (12) and stator elements (14a, 14b) mounted on a shaft (10) which are connected to the fixed parts of the pump. On the rotor elements blades (16, 18) are arranged on one or more concentric rings. In the stator elements (14a, 14b) one or more concentric channels (22a, 24a) are incorporated, in which engage the blades of the rotor elements. The channels may be arranged to allow a parallel gas flow or, by means of connection channels (30), a serial gas flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpstufe nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches.The The invention relates to a side channel pumping stage according to the preamble of the 1st protection claim.

Seitenkanalpumpen sind eine weit verbreitete Art von Strömungsmaschinen. Sie werden u. a. erfolgreich als Vakuumpumpen eingesetzt, da sie für einen ölfreien Betrieb (d. h. keine Schmiermittel im Arbeitsraum) geeignet sind. Die pumpaktiven Teile einer Seitenkanalpumpe in ihrer Grundausführung bestehen aus einem Laufrad und einer Vielzahl von offenen radialen oder räumlich gekrümmten Schaufeln an dessen äußerem Umfang und einem an diesem Umfang angeordneten Seitenkanal. Der Seitenkanal ist durch eine Sperre in einen Saug- und Druckbereich aufgeteilt.Side channel pumps are a common type of turbomachinery. you will be u. a. successfully used as vacuum pumps, as they are for an oil-free Operation (i.e., no lubricants in the workspace) are suitable. The pump-active parts of a side channel pump in their basic version exist from an impeller and a plurality of open radial or spatially curved blades its outer circumference and a side channel disposed on this circumference. The side channel is divided by a barrier into a suction and pressure area.

Zur Erzielung hoher Druckdifferenzen müssen mehrere Stufen hintereinander geschaltet werden. Dies hat zur Folge, dass die Pumpe in axialer Richtung länger wird. Neben einem höheren Platzbedarf wird sich auch die thermische Ausdehnung bei einer längeren Bauweise nachteilig auswirken. Zur Sicherheit müssen die Spalte zwischen Rotor- und Statorbauteilen größer werden, wodurch die Rückströmungsverluste zunehmen. Dadurch, dass die Schöpfräume, welche durch die am Umfang der Laufräder angebrachten Schaufeln und den ebenfalls am Umfang angeordneten Seitenkanal gebildet werden, begrenzt sind, werden solche Pumpen nur für kleine Förderströme eingesetzt. Folglich ist ihr Wirkungsgrad in Bezug auf die Gasförderung sehr gering.to Achieving high pressure differences must be several stages in a row be switched. This has the consequence that the pump in the axial direction longer becomes. In addition to a higher one The thermal expansion of a longer construction will also require space adversely affect. For safety reasons, the gaps between rotor and stator components become larger, causing the backflow losses increase. Because of the creatures, which by the at the periphery of the wheels attached blades and also arranged on the circumference Side channel are formed, are limited, such pumps only for small flow rates used. Consequently, their efficiency in terms of gas production very low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Seitenkanalpumpe vorzustellen, welche bei kompakter Bauweise eine ausreichend hohe Druckdifferenz erzeugt. Insbesondere soll die Länge der Pumpe in Grenzen gehalten werden. Eine deutliche Erhöhung des Saugvermögens kommt als weitere Anforderung hinzu. Die Fertigung muss rationell und mit weniger Aufwand als bei bestehenden Systemen durchgeführt werden können.Of the Invention is based on the object to present a side channel pump, which in a compact design a sufficiently high pressure difference generated. In particular, the length should be the pump be kept within limits. A significant increase in the suction capacity comes as a further requirement. The production must be rational and with less effort than existing systems can.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Schutzansprüche gelöst.The Task is solved by the characterizing features of the claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt eine kurze Bauform der Pumpe, insbesondere des Rotors. Dadurch wird bei Erwärmung des Rotors die thermische Längenänderung in Grenzen gehalten. Als Folge ist eine Verkleinerung der axialen Spalte möglich, wodurch Rückströmverluste verringert werden. Zusätzlich wirken sich kleinere Spalte wiederum auf das Bauvolumen aus. Durch die Möglichkeit des parallelen Pumpens kann das Saugvermögen deutlich erhöht werden. Eine Kombination von parallelen und seriellen Pumpstufen bietet auf einfache Art die Möglichkeit einer Optimierung von Saugvermögen und Kompression. Die Fertigung kann einfach und rationell durchgeführt werden.The inventive arrangement allows a short design of the pump, in particular of the rotor. Thereby is when heated of the rotor the thermal change of length kept within limits. As a consequence, a reduction of the axial Column possible, causing backflow losses be reduced. additionally In turn, smaller gaps affect the volume of construction. By the possibility the parallel pumping, the pumping speed can be significantly increased. A combination of parallel and serial pumping stages provides in a simple way the possibility an optimization of absorbency and Compression. The production can be carried out easily and rationally.

Anhand der 1–4b soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden.Based on 1 - 4b the invention will be explained in more detail by way of example.

1 zeigt eine Seitenkanalpumpstufe in perspektivischer Ansicht. 1 shows a side channel pumping stage in perspective view.

2a zeigt eine Statorscheibe für den Parallelbetrieb zweier koaxialer Pumpstufen. 2a shows a stator for the parallel operation of two coaxial pumping stages.

3a zeigt den Schnitt A-A aus 2a. 3a shows the section AA 2a ,

4a zeigt den Schnitt B-B aus 2a. 4a shows the section BB 2a ,

2b zeigt eine Statorscheibe für den seriellen Betrieb zweier koaxialer Pumpstufen. 2 B shows a stator for the serial operation of two coaxial pumping stages.

3b zeigt den Schnitt A-A aus 2b. 3b shows the section AA 2 B ,

4b zeigt den Schnitt B-B aus 2b. 4b shows the section BB 2 B ,

Ein Ausschnitt aus Seitenkanalpumpstufen ist in 1 perspektivisch dargestellt. Die Pumpelemente bestehen in diesem Beispiel aus zwei Rotorelementen 12, welche auf einer Welle 10 befestigt sind, und aus einem Statorelement 14a (bzw. 14b für eine andere Ausführungsform). Das Statorelement, welches sich zwischen den Rotorelementen befindet, ist mit hier nicht dargestellten feststehenden Teilen der Pumpe verbunden. Durch das Zusammenwirken von Rotor- und Statorelementen, welche abwechselnd hintereinander angeordnet sind, entsteht der Pumpeffekt. An dem Rotorelement 12 sind, wie hier beispielsweise dargestellt, auf zwei konzentrischen Ringen Schaufeln 16, 18 angeordnet, welche in axialer Richtung vom Rotorelement abstehen. Die Herstellung der Rotorelemente erfolgt in der Weise, dass in konzentrische Erhebungen, welche sich in axialer Richtung von einer Rotorscheibe aus erstrecken, Löcher 15 mit dem gewünschten Radius der Schaufeln 16, 18 gebohrt werden. Je nach Ausführungsform werden diese Löcher entweder entsprechend der axialen Ausdehnung der Schaufeln angebohrt oder ganz durchgebohrt. Die Anordnung der Schaufeln kann so spiegelbildlich auf beiden Seiten der Scheibe entstehen. Durch die Methode des Durchbohrens der Löcher kann eine besonders rationelle Fertigungsmethode entstehen, indem mehrere Scheiben übereinandergestapelt in einem Arbeitsgang gefertigt werden.A section of side channel pumping stages is in 1 shown in perspective. The pumping elements consist in this example of two rotor elements 12 on a wave 10 are attached, and a stator 14a (respectively. 14b for another embodiment). The stator element, which is located between the rotor elements, is connected to stationary parts of the pump, not shown here. Due to the interaction of rotor and stator elements, which are arranged alternately one behind the other, the pumping effect is created. On the rotor element 12 are, as shown here for example, on two concentric rings blades 16 . 18 arranged, which protrude in the axial direction of the rotor element. The rotor elements are manufactured in such a way that holes form in concentric elevations which extend in the axial direction from a rotor disk 15 with the desired radius of the blades 16 . 18 be bored. Depending on the embodiment, these holes are either drilled according to the axial extent of the blades or completely drilled through. The arrangement of the blades can thus arise in mirror image on both sides of the disc. The method of piercing the holes can result in a particularly efficient production method in which several disks are stacked in one operation.

So können auf der Ober- und der Unterseite einer Rotorscheibe mehrere Pumpstufen konzentrisch angeordnet sein. Da in einer Ausführungsform die jeweils korrespondierenden Pumpstufen der Ober- und der Unterseite durch Löcher verbunden sind, wird es möglich, die Pumpstufen parallel oder seriell zu betreiben.So can on the top and bottom a rotor disk several pump stages to be arranged concentrically. In one embodiment, since the respective corresponding pumping stages of the top and the bottom are connected by holes, it is possible to operate the pumping stages in parallel or in series.

Das Statorelement 14a ist in 2a perspektivisch und in 3a und 4a in zwei Schnitten A-A und B-B dargestellt. In den Schnitten 3a und 4a ist ein Rotorelement 12 zwischen zwei Statorelementen 14a angeordnet. Im Statorelement sind konzentrische Kanäle 22a und 24a eingearbeitet. In diese Kanäle greifen die Schaufeln 16 und 18 der Rotorscheibe 12 ein und bewirken bei der Rotation die Förderung des Gases, welches bei 32a und 34a in die Kanäle eintritt. In den Kanälen befinden sich bei 26a und 28a Sperren, welche bewirken, dass das Gas nicht ständig im Kreis gefördert wird, sondern bei 36a und 38a die Kanäle verlässt und in die in axialer Richtung benachbarten Kanäle gefördert wird. Auf diese Weise findet eine Gasförderung parallel in den konzentrischen Ringen statt, wodurch das Saugvermögen einer Pumpstufe wesentlich erhöht wird.The stator element 14a is in 2a in perspective and in 3a and 4a shown in two sections AA and BB. In the cuts 3a and 4a is a rotor element 12 between two stator elements 14a arranged. In the stator element are concentric channels 22a and 24a incorporated. The blades reach into these channels 16 and 18 the rotor disk 12 and cause in the rotation of the promotion of the gas, which in 32a and 34a enters the channels. In the channels are at 26a and 28a Locks, which cause the gas is not constantly conveyed in a circle, but at 36a and 38a leaves the channels and is conveyed in the adjacent channels in the axial direction. In this way, a gas delivery takes place in parallel in the concentric rings, whereby the pumping speed of a pumping stage is substantially increased.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigen 2b bis 4b.Another embodiment of the invention show 2 B to 4b ,

Ein Statorelement 14b ist in 2b perspektivisch und in 3b und 4b in zwei Schnitten A-A und B-B dargestellt. In den 3b und 4b ist ein Rotorelement 12 zwischen zwei Statorelementen 14b angeordnet. Im Statorelement sind konzentrische Kanäle 22b und 24b eingearbeitet. In diese Kanäle greifen die Schaufeln 16 und 18 der Rotorscheibe 12 ein und bewirken bei der Rotation die Förderung des Gases, welches bei 32b in den Kanal 22b eintritt. Bei 36b bewirkt die Sperre 26b, dass das Gas den Kanal 22b verlässt und über einen Verbindungskanal 30 bei 34b an den Kanal 24b gelangt. Die Sperre 28b bewirkt, dass das Gas über die Gasaustrittsöffnung 38b den Kanal 24b verlässt, um über eine nachfolgende Stufe weiter befördert zu werden.A stator element 14b is in 2 B in perspective and in 3b and 4b shown in two sections AA and BB. In the 3b and 4b is a rotor element 12 between two stator elements 14b arranged. In the stator element are concentric channels 22b and 24b incorporated. The blades reach into these channels 16 and 18 the rotor disk 12 and cause in the rotation of the promotion of the gas, which in 32b in the channel 22b entry. at 36b causes the lock 26b that the gas is the channel 22b leaves and over a connection channel 30 at 34b to the canal 24b arrives. The barrier 28b causes the gas through the gas outlet 38b the channel 24b leaves to be promoted beyond a subsequent stage.

Die beiden Ausführungsformen für parallele und serielle Förderung können je nach Bedarf und Anwendungsfall beliebig kombiniert werden.The both embodiments for parallel and serial promotion can can be combined as required depending on requirements and application.

1010: Wellewave
1212: Rotorelementrotor member
14a14a: Statorelementstator
14b14b: Statorelementstator
1515: Löcherholes
1616: Schaufelnshovel
1818: Schaufelnshovel
22a22a: Konzentrische Kanäleconcentric channels
22b22b: Konzentrische Kanäleconcentric channels
24a24a: Konzentrische Kanäleconcentric channels
24b24b: Konzentrische Kanäleconcentric channels
26a26a: SperrenLock
26b26b: SperrenLock
28a28a: SperrenLock
28b28b: SperrenLock
3030: Verbindungskanalconnecting channel
32a32a: Gaseintrittgas inlet
32b32b: Gaseintrittgas inlet
34a34a: Gaseintrittgas inlet
34b34b: Gaseintrittgas inlet
36a36a: Gasaustrittgas outlet
36b36b: Gasaustrittgas outlet
38a38a: Gasaustrittgas outlet
38b38b: Gasaustrittgas outlet

Claims

Side channel pumping stage with on a shaft ( 10 ) attached rotor elements ( 12 ) and stator elements ( 14a . 14b ), which are connected to the fixed parts of the pump, characterized in that on the rotor elements ( 12 ) are provided on both sides pump-active structures, wherein these on at least one side of projecting blades in the axial direction ( 16 . 18 ), which are arranged on one or more concentric rings, that in the stator elements ( 14a . 14b ) one or more concentric channels ( 22a . 24a . 22b . 24b ) into which the blades ( 16 . 18 ) engage the rotor elements, and that gas inlet openings ( 32a . 34a . 32b . 34b ), which are blocked by 26a . 28a . 26b . 28b ) from the gas outlet openings ( 36a . 38a . 36b . 38b ) are separated.

Side channel pumping stage according to claim 1, characterized in that the blades ( 16 . 18 ) on both sides of the rotor elements ( 12 ) are arranged.

Side channel pumping stage according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the gas ducts of both sides of a rotor element are interconnected.

Side channel pumping stage according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the rotor element ( 12 ) between the blades ( 16 . 18 ) in the axial direction through holes ( 15 ) are located.

Side channel pumping stage according to at least one of the preceding claims, characterized in that the gas outlet opening ( 36b ) of a channel ( 22b ) via a connection channel ( 30 ) with the gas inlet opening ( 34b ) of an adjacent channel ( 24b ) connected is.

Method for producing rotor elements ( 12 ) of a side channel pumping stage, characterized characterized in that concentric elevations which extend in the axial direction from a rotor disk, holes ( 15 ) with the desired radius of the blades ( 16 . 18 ) are drilled.

Method for producing rotor elements ( 12 ) a side channel pumping stage according to claim 6, characterized in that the holes ( 15 ) between the blades ( 16 . 18 ) are drilled through the rotor disk.