DE19848406A1

DE19848406A1 - Molecular pump with ribbed rotor construction

Info

Publication number: DE19848406A1
Application number: DE1998148406
Authority: DE
Inventors: John C Helmer; Miriam Spagnol
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 1999-05-20
Also published as: GB9815502D0; GB2333127A; JPH11159493A

Abstract

The pump has fixed and rotating elements in active connection and defining a channel with inlet and outlet. The fixed or rotating element has spaced circumferentially unchanged ribs (120,122,124,126) set in the channel and defining one or more tangential sub-channels (130,132,134) connected to the inlet and outlet. The remaining fixed and rotating elements have a steam barrier (140) in the channel. The barrier and ribs have a complementary shape so that the barrier blocks the tangential sub-channels and the gas is pumped by the rotating element which rotates relative to the fixed element through the sub-channels from the inlet to the outlet.

Description

Die Erfindung betrifft Molekularpumpen, die wissenschaftlich auch als Molecular-Drag-Kompressoren oder -Pumpen bezeichnet werden und dem Evakuieren einer geschlossenen Kammer dienen, und betrifft insbesondere eine Molekularpumpe, die eine gerippte Rotor- oder eine gerippte Stator-Konstruktion für verbesserte Leistungsfähigkeit aufweist.The invention relates to molecular pumps that are scientific also as molecular drag compressors or - Pumps are referred to and evacuating one serve closed chamber, and particularly affects one Molecular pump that is a finned rotor or a finned Stator construction for improved performance having.

Konventionelle Turbomolekularpumpen umfassen ein Gehäuse mit einem Einlaß, eine innere Kammer, die eine Vielzahl axialer Pumpstufen umfaßt, und eine Ausströmöffnung. Jede axiale Pumpstufe umfaßt einen Stator und einen Rotor mit schrägen Blättern. Die Rotorblätter rotieren mit hoher Geschwindigkeit, um das Pumpen des Gases zwischen Ein- und Ausströmöffnung zu gewährleisten.Conventional turbomolecular pumps include Housing with an inlet, an inner chamber, the one Includes a plurality of axial pump stages, and one Outflow opening. Each axial pump stage comprises a stator and a rotor with sloping blades. The rotor blades rotate at high speed to pump the gas between the inflow and outflow opening.

Vakuumpumpsysteme, die axiale Pumpstufen in Kombination mit anderen Arten von Pumpstufen benutzen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einer Konfiguration aus dem Stand der Technik werden eine oder mehrere der axialen Pumpstufen durch Scheiben ersetzt, die mit hoher Geschwindigkeit rotieren und als molekulare Pumpstufen fungieren. Diese Konfiguration ist im US Patent No. 5,238,362, erteilt am 24. August 1993 für Casaro und andere, offenbart, und wurde auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen. Eine Vakuumpumpe, umfassend einen axialen turbomolekularen Kompressor und einen molekularen Widerstandskompressor bzw. eine Molekularpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse wird von Varian Associates, Inc. unter der Modellbezeichnung Nr. 969-9007 verkauft. Vakuumpumpen, die Molekularpumpscheiben und regenerierende Impeller bzw. Laufräder einsetzen, sind im Deutschen Patent Nr. 39 19 529, publiziert am 18. Januar 1990, offenbart.Vacuum pump systems, the axial pump stages in Use in combination with other types of pump stages known from the prior art. With a configuration one or more of the prior art axial pump stages replaced by disks with rotate at high speed and as molecular pump stages act. This configuration is described in US Patent No. 5,238,362, issued August 24, 1993 to Casaro and others, and has been disclosed to the assignee of the present Transfer invention. A vacuum pump comprising one axial turbomolecular compressor and a molecular one Resistance compressor or a molecular pump in one common housing is owned by Varian Associates, Inc. model number 969-9007 sold. Vacuum pumps, the molecular pump disks and regenerating impellers or Insert impellers are described in German Patent No. 39 19 529, published on January 18, 1990.

Molekularpumpen, die im Englischen auch als Molecular Drag Compressors bezeichnet werden, umfassen eine rotierende Scheibe und einen Stator. Der Stator definiert einen tangentialen Flußkanal, einen Einlaß und einen Auslaß für den tangentialen Flußkanal. Eine stationäre Dampfsperre, oftmals Stripper genannt, angeordnet im tangentialen Flußkanal, trennt den Einlaß vom Auslaß. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird die Bewegungsenergie einer rotierenden Scheibe auf Gasmoleküle im tangentialen Flußkanal übertragen, wodurch die Moleküle zum Auslaß geführt werden. Die rotierende Scheibe und der Stator der Molekularpumpe werden durch eine schmale Spalte getrennt, typischerweise in den Größenordnungen von etwa 0,005 inch, ausgewählt um uneingeschränkte Rotation der Scheibe zu erlauben bei gleichzeitiger Minimierung der Undichtigkeit durch die Spalte.Molecular pumps, also known as Molecular Drag Compressors are referred to include a rotating one Disk and a stator. The stator defines one tangential flow channel, an inlet and an outlet for the tangential river channel. A stationary vapor barrier, often called stripper, arranged in the tangential River channel, separates the inlet from the outlet. As if from a standing start Known in the art, the kinetic energy becomes one rotating disk on gas molecules in the tangential Flow channel is transmitted, causing the molecules to exit be performed. The rotating disc and the stator of the Molecular pumps are separated by a narrow column, typically on the order of about 0.005 inches, selected to allow unrestricted rotation of the disc allow while minimizing leakage through the column.

Eine Version einer Molekularpumpe, entworfen von W. Gaede, wird in Vacuum Science and Technology, Pioneers of the 20th Century, Seiten 47-48, P.A. Redhead Editor, AIP Press, 1994 aufgeführt. Die Pumpe umfaßt verschiedene Stufen, die in Reihe angeordnet sind. Der Rotor ist gerippt ausgeführt.A version of a molecular pump, designed by W. Gaede, is published in Vacuum Science and Technology, Pioneers of the 20th Century, pages 47-48, P.A. Redhead Editor, AIP Press, 1994 listed. The pump comprises various stages arranged in series. The rotor is ribbed.

Vakuumpumpen aus dem Stand der Technik, die einen axialen turbomolekularen Kompressor und eine Molekularpumpe umfassen, liefern im allgemeinen eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit unter einer Vielzahl von Bedingungen. Jedoch besteht ein Nachteil solcher Pumpen im Kompromiß zwischen Pumpgeschwindigkeit, das ist das gepumpte Gasvolumen pro Zeiteinheit, und dem Auslaßdruck. Wenn die Pumpenkonstruktion für ein Pumpen in Hochgeschwindigkeit optimiert wird, wird der erreichbare Auslaßdruck vermindert, und umgekehrt. Bezüglich der Molekularpumpstufe könnte die Pumpgeschwindigkeit erhöht werden durch Erhöhung des Querschnittsbereiches des tangentialen Flußkanals. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Rückfluß durch den tangentialen Flußkanal, wodurch der erreichbare Auslaßdruck reduziert wird. Wünschenswert ist es, wenn man mit atmosphärischem Druck ausströmen lassen könnte, wodurch der Bedarf an einer Vorpumpe vermieden würde.State-of-the-art vacuum pumps, some axial turbomolecular compressor and a Molecular pumps generally provide one satisfactory performance among a variety of conditions. However, there is a disadvantage to such pumps in the compromise between pumping speed, that's it pumped gas volume per unit of time, and the outlet pressure. If the pump construction for pumping in High speed is optimized, the achievable Outlet pressure decreased, and vice versa. Regarding the Molecular pumping stage could increase pumping speed are increased by increasing the cross-sectional area of the tangential river channel. However, this leads to an increased Backflow through the tangential flow channel, whereby the achievable outlet pressure is reduced. It is desirable if you could let it out with atmospheric pressure, which would avoid the need for a backing pump.

Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Molekularpumpkonstruktion bereitzustellen, die gleichzeitig einen hohen Auslaßdruck und eine hohe Pumpgeschwindigkeit erreicht.Accordingly, it is desirable to have one Molecular pump design to provide that simultaneously high outlet pressure and high pumping speed reached.

Bezüglich eines ersten Aspektes der Erfindung wird eine Stufe einer Molekularvakuumpumpe bereitgestellt. Die Stufe der Molekularvakuumpumpe umfaßt feststehende und rotierende Elemente, die in zusammenarbeitender Beziehung zueinander angeordnet sind, um eine Rotation der Rotationselemente relativ zu den feststehenden Elementen zu erlauben. Die feststehenden und rotierenden Elemente definieren einen Kanal mit einem Einlaß und einem Auslaß. Eines der feststehenden und rotierenden Elemente umfaßt beabstandete, abstandsmäßig unveränderliche Rippen, die im Kanal angeordnet sind. Die Rippen definieren einen oder mehrere tangentiale Strömungsunter- oder -subkanäle, die mit dem Einlaß und dem Auslaß verbunden sind. Die übrigen der feststehenden und rotierenden Elemente umfassen eine Dampfsperre, die im Kanal angeordnet ist. Die Dampfsperre und die Rippen haben komplementäre Geometrien, so daß die Dampfsperre den tangentialen Strömungssubkanal im wesentlichen blockiert. Gas wird durch die tangentialen Strömungssubkanäle vom Einlaß zum Auslaß gepumpt, wenn die rotierenden Elemente relativ zu den feststehenden Elementen rotieren.Regarding a first aspect of the invention, a Stage of a molecular vacuum pump provided. The stage the molecular vacuum pump includes fixed and rotating Elements that work in a mutually related relationship are arranged to rotate the rotating elements to allow relative to the fixed elements. The fixed and rotating elements define one Channel with an inlet and an outlet. One of the fixed and rotating elements include spaced, spaced-apart ribs in the channel are arranged. The ribs define one or more tangential flow subchannels or subchannels, which with the Inlet and the outlet are connected. The rest of the fixed and rotating elements include one Vapor barrier, which is arranged in the channel. The vapor barrier and the ribs have complementary geometries so that the Vapor barrier the tangential flow subchannel in the essentially blocked. Gas is through the tangential Flow subchannels are pumped from the inlet to the outlet when the rotating elements relative to the fixed elements rotate.

In einer ersten Konfiguration sind die Rippen an den rotierenden Elementen angebracht und die Dampfsperre ist an den feststehenden Elementen angebracht. In einer zweiten Konfiguration sind die Rippen an den feststehenden Elementen angebracht und die Dampfsperre ist an den rotierenden Elementen angebracht. In jedem der Fälle erzeugt die Rotation der rotierenden Elemente eine Bewegung der Rippen relativ zur Dampfsperre.In a first configuration, the ribs are on the rotating elements attached and the vapor barrier is on attached to the fixed elements. In a second Configuration are the ribs on the fixed elements attached and the vapor barrier is on the rotating Elements attached. In each of the cases the Rotation of the rotating elements a movement of the ribs relative to the vapor barrier.

Bezüglich eines weiteren Aspektes der Erfindung wird eine Stufe zum Molekularvakuumpumpen bereitgestellt. Die Stufe zum Molekularvakuumpumpen umfaßt eine Rotorscheibe, angekoppelt an eine Antriebswelle, die um eine Achse rotiert, einen Stator, der um die Rotorscheibe angeordnet ist und eine Dampfsperre. Der Stator definiert einen Kanal mit einem Einlaß und einem Auslaß, die Rotorscheibe umfaßt zwei oder mehrere beabstandete, umfangsmäßig gleich bleibende, d. h. unveränderliche Rippen, die im Kanal angeordnet sind. Die Rippen definieren einen oder mehrere tangentiale Strömungssubkanäle, von denen jeder am Einlaß und am Auslaß befestigt ist. Die Dampfsperre und die Rippen weisen kongruente Geometrien auf, so daß die Dampfsperre die tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Gas wird durch die tangentialen Strömungssubkanäle vom Einlaß zum Auslaß gepumpt, wenn die Scheibe relativ zum Stator rotiert.Regarding another aspect of the invention a stage for molecular vacuum pumping is provided. The Molecular vacuum pumping stage includes a rotor disc, coupled to a drive shaft that is about an axis rotates, a stator arranged around the rotor disk is and a vapor barrier. The stator defines a channel with an inlet and an outlet, which comprises the rotor disc two or more spaced apart, circumferentially the same permanent, d. H. immutable ribs in the channel are arranged. The ribs define one or more tangential flow subchannels, each at the inlet and is attached to the outlet. The vapor barrier and the fins have congruent geometries, so that the vapor barrier tangential flow subchannels essentially blocked. Gas is released through the tangential flow subchannels Pumped inlet to outlet when the disc is relative to the Stator rotates.

Bei einer ersten Ausführungsform ragt die Rippe axial in den Hohlraum. Ein oder mehrere tangentiale Strömungssubkanäle weisen einen gesamten Querschnittsbereich auf, der die Pumpgeschwindigkeit der Molekularpumpe definiert. In a first embodiment, the rib projects axially in the cavity. One or more tangential Flow subchannels have an entire cross-sectional area on the pumping speed of the molecular pump Are defined.

Bezüglich eines weiteren Aspektes der Erfindung wird eine integrierte Hochvakuumpumpe bereitgestellt. Die Vakuumpumpe umfaßt ein äußeres Pumpgehäuse mit einer Achse, einem axialen Turbomolekularkompressor, der im Gehäuse angeordnet ist, und eine Molekularpumpe, die im Gehäuse angeordnet ist. Der turbomolekulare Kompressor und die Molekularpumpe weisen jeweils ein rotierendes Teil auf, das an eine einzelne Motorantriebswelle gekoppelt ist, die axial entlang der Achse ausgerichtet ist. Die Molekularpumpe umfaßt wenigstens eine Molekularpumpstufe, die eine gerippte Rotor- oder gerippte Statorkonstruktion aufweist, wie diese beispielsweise vorstehend beschrieben wurde.Regarding another aspect of the invention an integrated high vacuum pump is provided. The Vacuum pump comprises an outer pump housing with an axis, an axial turbomolecular compressor in the housing is arranged, and a molecular pump in the housing is arranged. The turbomolecular compressor and the Molecular pumps each have a rotating part, the is coupled to a single motor drive shaft that is aligned axially along the axis. The Molecular pump comprises at least one molecular pump stage, which is a ribbed rotor or ribbed stator construction has, as described for example above has been.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bei der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen.For a better understanding of the present invention is more preferred in the description below Embodiments refer to the accompanying drawings taken.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Querschnittsansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Molekularpumpstufe; Fig. 1 is a schematic plan view of a cross-sectional view of a first embodiment according to the invention of a molecular pump stage;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Hochvakuumpumpe, die einen axialen turbomolekularen Kompressor und eine Molekularpumpe umfaßt; Fig. 2 is a cross-sectional view of a high vacuum pump which includes an axial turbomolecular compressor and a molecular pump;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 1, und die tangentialen Strömungssubkanäle, die durch die Rotorrippen definiert sind; Fig. 3 is a schematic representation of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 1, and the tangential flow subchannels defined by the rotor fins;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 1 und eine stationäre Dampfsperre zwischen der Einfuhr und der Ausfuhr; Fig. 4 is a schematic representation of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 1 and a stationary vapor barrier between the import and the export;

Fig. 5 eine schematische teilweise Vorderansicht eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 1 und ein erstes Beispiel einer Einlaßkonfiguration; Fig. 5 is a schematic partial front view of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 1 and a first example of an inlet configuration;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 1 und ein zweites Beispiel einer Einlaßkonfiguration; Fig. 6 is a schematic illustration of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 1 and a second example of an inlet configuration;

Fig. 7 Graph der Kompression als Funktion des Druckes, der die Leistungsfähigkeit einer Molekularpumpstufe der vorliegenden Erfindung und die Leistungsfähigkeit einer Molekularpumpstufe des Standes der Technik darstellt; Fig. 7 is a graph of compression versus pressure illustrating the performance of a molecular pumping stage of the present invention and the performance of a prior art molecular pumping stage;

Fig. 7a eine schematische Darstellung eines Querschnittes der getesteten Molekularpumpstufe, deren Leistungsfähigkeit im Vergleich zu der herkömmlichen Leistungsfähigkeit Molekularpumpstufen von Fig. 7 dargestellt wird; 7a is a schematic representation of a cross section of the tested molecular pump stage, whose performance is shown in comparison to the conventional performance molecular pumping stages of Fig. 7.

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Molekularpumpstufe, welche tangentiale Strömungssubkanäle zeigt, die durch Rotorrippen definiert werden; Fig. 8 shows a schematic representation of a cross section of a second embodiment according to the invention of a molecular pump stage which tangential Strömungssubkanäle defined by rotor ribs;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 8, welche eine stationäre Dampfsperre zeigt; Fig. 9 is a schematic illustration of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 8, showing a stationary vapor barrier;

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Querschnittes einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Molekularpumpstufe, welche tangentiale Strömungssubkanäle zeigt, die durch die Statorrippen definiert werden; FIG. 10 is a schematic representation of a cross section of a third embodiment according to the invention of a molecular pump stage, which shows tangential Strömungssubkanäle, which are defined by the Statorrippen;

Fig. 11 eine schematische teilweise Vorderansicht eines Querschnittes der Molekularpumpstufe von Fig. 10 und eine Dampfsperre, die durch den Rotor definiert wird; Fig. 11 is a schematic partial front view of a cross section of the molecular pumping stage of Fig. 10 and a vapor barrier defined by the rotor;

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Querschnittes des Rotors von Fig. 10 und 11; FIG. 12 is a schematic view of a cross section of the rotor of Figures 10 and 11.

Fig. 13 eine Draufsicht auf den Rotor aus den Fig. 10 und 11; und FIG. 13 shows a plan view of the rotor from FIGS. 10 and 11; and

Fig. 14 eine Unteransicht des Rotors aus den Fig. 10 und 11. Fig. 14 is a bottom view of the rotor shown in FIGS. 10 and 11.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen detaillierter beschrieben.The invention is more preferred in the following Embodiments described in more detail.

Eine zum Einsatz bei der vorliegenden Erfindung geeignete integrale Hochvakuumpumpe wird in Fig. 2 gezeigt. Ein Gehäuse 10 definiert eine innenliegende Kammer 12, die einen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 umfaßt. Das Gehäuse 10 umfaßt einen Vakuumflansch 18 zum dichten Anschließen des Einlasses 14 an eine Vakuumkammer (nicht dargestellt), die evakuiert wird. Der Auslaß 16 ist typischerweise mit einer Vakuumvorpumpe (nicht dargestellt) verbunden. In Fällen, in denen die Vakuumpumpe fähig ist, atmosphärischen Druck ausströmen zu lassen, wird die Vorpumpe nicht benötigt. Im Gehäuse 10 ist ein axialer turbomolekularer Kompressor 20 angeordnet, der typischerweise verschiedene axiale turbomolekulare Stufen umfaßt, und eine Molekularpumpe 22, die typischerweise verschiedene Molekularpumpstufen umfaßt. Jede Stufe des axialen turbomolekularen Kompressors 20 umfaßt einen Rotor 24 und einen Stator 26. Jeder Rotor und jeder Stator weist geneigte Blätter auf, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Jede Stufe der Molekularpumpe 22 umfaßt eine Rotorscheibe 30 und einen Stator 32. Die Molekularpumpe 22 wird nachfolgend noch detaillierter beschrieben. Der Rotor 24 jeder turbomolekularen Stufe und der Rotor 30 jeder Molekularpumpstufe ist an einer Antriebswelle 34 befestigt. Die Antriebswelle wird durch einen Motor mit Hochgeschwindigkeit angetrieben, der in einem Motorgehäuse 38 angeordnet ist.An integral high vacuum pump suitable for use in the present invention is shown in FIG. 2. A housing 10 defines an interior chamber 12 that includes an inlet 14 and an outlet 16 . The housing 10 includes a vacuum flange 18 for sealingly connecting the inlet 14 to a vacuum chamber (not shown) which is evacuated. The outlet 16 is typically connected to a vacuum backing pump (not shown). In cases where the vacuum pump is capable of releasing atmospheric pressure, the backing pump is not required. Arranged in the housing 10 is an axial turbomolecular compressor 20 , which typically comprises different axial turbomolecular stages, and a molecular pump 22 , which typically comprises different molecular pump stages. Each stage of the axial turbomolecular compressor 20 includes a rotor 24 and a stator 26. Each rotor and stator has inclined blades, as is known in the art. Each stage of the molecular pump 22 includes a rotor disk 30 and a stator 32. The molecular pump 22 is described in more detail below. The rotor 24 of each turbomolecular stage and the rotor 30 of each molecular pump stage is attached to a drive shaft 34 . The drive shaft is driven by a high speed motor disposed in a motor housing 38 .

Eine erste Ausführungsform einer Molekularpumpstufe, die zum Einsatz in der Molekularpumpe 22 geeignet ist, wird in den Fig. 1 und 3 bis 4 dargestellt. Die Molekularpumpstufe umfaßt eine Rotorscheibe 100 und einen Stator 102, die im Gehäuse befestigt sein können, wie in Fig. 2 gezeigt und nachfolgend beschrieben. Der Stator definiert einen Kanal 104, in dem die Rotorscheibe 100 rotiert. Wie im Stand der Technik bekannt, kann der Stator 102 in Abschnitten gefertigt sein. Beispielsweise kann ein oberer Statorabschnitt in der Nähe der oberen Oberfläche der Rotorscheibe 100 liegen, und ein unterer Statorabschnitt kann nahe der unteren Oberfläche der Rotorscheibe 100 liegen. Die Statorabschnitte sind aneinander sicher befestigt, um einen einheitlichen Stator zu bilden. Die Scheibe 100 ist zur Rotation um eine Achse 110 an einer Welle 108 befestigt.A first embodiment of a molecular pump stage which is suitable for use in the molecular pump 22 is shown in FIGS. 1 and 3 to 4. The molecular pump stage comprises a rotor disk 100 and a stator 102 , which can be fastened in the housing, as shown in FIG. 2 and described below. The stator defines a channel 104 in which the rotor disk 100 rotates. As is known in the art, the stator 102 can be made in sections. For example, an upper stator section may be near the top surface of rotor disk 100 , and a lower stator section may be near the bottom surface of rotor disk 100 . The stator sections are securely attached to one another to form a unitary stator. The disk 100 is attached to a shaft 108 for rotation about an axis 110 .

Gemäß der Erfindung kann die Rotorscheibe 100 mit zwei oder mehreren beabstandeten, umfangsmäßig gleich bleibende bzw. sich nicht ändernde Rippen 120, 122, 124 und 126 bereitgestellt werden. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 3 bis 4 ragen die Rippen 120, 122, 124 und 126 radial bezüglich der Achse 110 in den Kanal 104. Die Rippen definieren einen oder mehrere tangentiale Strömungssubkanäle. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 3 bis 4 definieren die Rippen 120 und 122 einen tangentialen Strömungssubkanal 130; die Rippen 122 und 124 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 132; und die Rippen 124 und 126 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 134. Die Rippen 120, 122, 124 und 126, bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 3 bis 4 erstrecken sich um den Umfang der Rotorscheibe 100 und sind umfangsmäßig gleich. Folglich haben die Rippen 120, 122, 124 und 126 eine ringförmige Form. In einem zylindrischen Koordinatensystem definiert durch die Achsen 110, liegen die Rippen 120, 122, 124 und 126 in r-θ-Ebenen.According to the invention, the rotor disk 100 can be provided with two or more spaced ribs 120 , 122 , 124 and 126 that remain circumferentially the same or do not change. In the embodiment according to FIGS. 1 and 3 to 4, the ribs 120 , 122 , 124 and 126 protrude radially with respect to the axis 110 into the channel 104. The ribs define one or more tangential flow subchannels. In the embodiment of FIGS. 1 and 3 to 4, the ribs 120 and 122 define a tangential flow subchannel 130 ; ribs 122 and 124 define a tangential flow subchannel 132 ; and the ribs 124 and 126 define a tangential flow subchannel 134. The ribs 120 , 122 , 124 and 126 , in the embodiment of FIGS. 1 and 3 to 4 extend around the circumference of the rotor disk 100 and are circumferentially the same. As a result, the ribs 120 , 122 , 124 and 126 have an annular shape. In a cylindrical coordinate system defined by the axes 110 , the ribs 120 , 122 , 124 and 126 lie in r-θ planes.

Außer in den tangentialen Strömungssubkanälen 130, 132, 134 wird ein schmaler Raum zwischen der Rotorscheibe 100 und dem Stator 102 bereitgestellt. Im speziellen wird ein kleiner Zwischenraum zwischen der oberen Oberfläche 120a der Rippe 120 und dem Stator 102 bereitgestellt, und ein schmaler Zwischenraum wird zwischen der unteren Oberfläche 126a der Rippe 126 und dem Stator 102 bereitgestellt. Ähnlich wird ein schmaler Zwischenraum zwischen der äußeren Peripherie der Rippen 120, 122, 124 und 126 und der Innenwand 102a des Stators 102 bereitgestellt. Der Zwischenraum ist typischerweise einige Tausendstel eines Inches breit und wird zur Beschränkung von Gasundichtigkeit zwischen der Rotorscheibe 100 und dem Stator 102 ausgewählt, wobei die uneingeschränkte Rotation der Rotorscheibe 100 erhalten bleibt.In addition to the tangential flow subchannels 130 , 132 , 134 , a narrow space is provided between the rotor disk 100 and the stator 102 . Specifically, a small gap is provided between the upper surface 120a of the rib 120 and the stator 102 , and a narrow gap is provided between the lower surface 126a of the rib 126 and the stator 102 . Similarly, a narrow space between the outer periphery of the ribs 120 , 122 , 124 and 126 and the inner wall 102 a of the stator 102 is provided. The gap is typically a few thousandths of an inch wide and is selected to limit gas leakage between the rotor disk 100 and the stator 102 while maintaining unrestricted rotation of the rotor disk 100 .

Die Abmessungen der Rippen 120, 122, 124 und 126 und des Zwischenraumes zwischen den Rippen werden basierend auf der gewünschten Leistungsfähigkeit der Molekularpumpstufe ausgewählt. Typischerweise haben die Rippen 120, 122, 124 und 126 radiale Dimensionen der Größenordnung von 1 bis 3 cm und Dicken in der Größenordnung von 0,5 bis 1 mm. Der Abstand zwischen den Rippen kann in der Größenordnung von 1 bis 2 mm liegen. Die Abmessungen der Rippen werden zur Bereitstellung einer strukturellen Festigkeit während der Hochgeschwindigkeitsrotation ausgewählt. Die Abmessungen der tangentialen Strömungssubkanäle 130, 132 und 134 werden zur Bereitstellung einer gewünschten Pumpgeschwindigkeit ausgewählt, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die Rotorscheibe 100 weist typischerweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 bis 20 cm auf. Es wird darauf hingewiesen, daß die oben angeführten Größenordnungen nur beispielhaft sind und nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken.The dimensions of the ribs 120 , 122 , 124 and 126 and the space between the ribs are selected based on the desired performance of the molecular pumping stage. Typically, the ribs 120 , 122 , 124 and 126 have radial dimensions on the order of 1 to 3 cm and thicknesses on the order of 0.5 to 1 mm. The distance between the ribs can be of the order of 1 to 2 mm. The dimensions of the ribs are selected to provide structural strength during high speed rotation. The dimensions of the tangential flow subchannels 130 , 132 and 134 are selected to provide a desired pumping speed, as described in more detail below. The rotor disk 100 typically has a diameter on the order of 10 to 20 cm. It is noted that the orders of magnitude given above are only exemplary and do not limit the scope of the present invention.

Der Stator 102 umfaßt eine Dampfsperre 140, die jeden tangentialen Strömungssubkanal, der im Umfangsbereich liegt, blockiert. Die Rippen 120, 122, 124 und 126 und die Dampfsperre 140 weisen kongruente Geometrien auf, so daß die Dampfsperre jeden der tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Im speziellen umfaßt die Dampfsperre 140 einen Finger 142, der in den tangentialen Strömungssubkanal 130 ragt, einen Finger 144, der in den tangentialen Strömungssubkanal 132 ragt und einen Finger 146, der in den tangentialen Strömungssubkanal 134 ragt. Die Finger 142, 144 und 146 sind hinsichtlich der Rippen 120, 122, 124 und 126 so dimensioniert, daß nur ein schmaler Zwischenraum zwischen der Rotorscheibe 100 und der Dampfsperre 140 bereitgestellt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, definiert der Stator 102 einen Einlaß 150 zu jedem der tangentialen Strömungssubkanäle und einen Auslaß 152 von jedem der tangentialen Strömungssubkanäle. Der Einlaß 150 und der Auslaß 152 liegen typischerweise auf gegenüberliegenden Seiten der Dampfsperre 140. The stator 102 includes a vapor barrier 140 that blocks any tangential flow subchannel that is in the peripheral area. The fins 120 , 122 , 124 and 126 and the vapor barrier 140 have congruent geometries so that the vapor barrier substantially blocks each of the tangential flow subchannels. Specifically, the vapor barrier 140 includes a finger 142 that projects into the tangential flow subchannel 130 , a finger 144 that projects into the tangential flow subchannel 132 , and a finger 146 that projects into the tangential flow subchannel 134 . The fingers 142 , 144 and 146 are dimensioned with respect to the ribs 120 , 122 , 124 and 126 in such a way that only a small space is provided between the rotor disk 100 and the vapor barrier 140 . As shown in FIG. 1, stator 102 defines an inlet 150 to each of the tangential flow subchannels and an outlet 152 from each of the tangential flow subchannels. Inlet 150 and outlet 152 are typically on opposite sides of vapor barrier 140.

Die Molekularpumpstufe der vorliegenden Erfindung kann unterschiedliche Einlaß- und Auslaßkonfigurationen aufweisen. Beispiele axialer und radialer Einlaßkonfigurationen werden in den Fig. 5 bzw. 6 dargestellt. Gleiche Elemente in den Fig. 1 und 3 bis 6 haben die gleichen Bezugszeichen. Ein axialer Einlaß 150a wird in Fig. 5 dargestellt. Der Einlaß ist typischerweise in einem Umfangsbereich der Molekularpumpstufe angeordnet. Der Einlaß 150a empfängt Gas axial zur Achse 110 neben dem Umfang des Rotors 100. Der Einlaß 150a umfaßt einen Durchgang 160 zur Lieferung von Gas zu den tangentialen Strömungssubkanälen 130, 132, und 134. Ein radialer Einlaß 150b ist in Fig. 6 dargestellt. Der Einlaß 150b empfängt Gas radial zur Achse 110. Das Gas wird durch einen Durchgang 162 tangential zu den Strömungssubkanälen 130, 132 und 134 geführt. Der Auslaß der Molekularpumpstufe kann ähnliche Konfigurationen benutzen. Beispielsweise kann die Molekularpumpstufe an einer Seite einen axialen Einlaß und an der anderen Seite einen axialen Auslaß aufweisen. Diese Konfiguration ist besonders nützlich in Vakuumpumpen, die mehr als eine Stufe aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Vielzahl verschiedener Einlaß- und Auslaßkonfigurationen, die im Schutzbereich der Erfindung liegen, eingesetzt werden können. Jedoch ist es wichtig, den maximalen Gasdurchfluß von der vorherigen Stufe zu allen Rippen zu erlauben, um jede Abnahme der Pumpengeschwindigkeit zu vermeiden. Wenn der axiale Gaseinlaß in der Mitte der Rippe 120 liegt, so wird die Geschwindigkeit der Stufe drastisch reduziert. Ferner kann die Molekularpumpstufe mehr als einen Einlaß und mehr als einen Auslaß aufweisen, wie in den Fig. 12 bis 14 dargestellt und unten beschrieben.The molecular pump stage of the present invention can have different inlet and outlet configurations. Examples of axial and radial inlet configurations are shown in Figs. 5 and 6, respectively. The same elements in FIGS. 1 and 3 to 6 have the same reference numerals. An axial inlet 150 a is shown in Fig. 5. The inlet is typically located in a peripheral region of the molecular pump stage. The inlet 150 receives a gas axially with respect to axis 110 adjacent the periphery of the rotor 100. The inlet 150 a includes a passage 160 for the supply of gas to the tangential Strömungssubkanälen 130, 132, and 134th A radial inlet 150 b is shown in Fig. 6. The inlet 150 b receives gas radially to the axis 110. The gas is guided tangentially to the flow subchannels 130 , 132 and 134 through a passage 162 . The outlet of the molecular pump stage can use similar configurations. For example, the molecular pump stage may have an axial inlet on one side and an axial outlet on the other side. This configuration is particularly useful in vacuum pumps that have more than one stage. It is noted that a variety of different inlet and outlet configurations that are within the scope of the invention can be used. However, it is important to allow the maximum gas flow from the previous stage to all of the fins to avoid any decrease in pump speed. If the axial gas inlet is at the center of the rib 120 , the speed of the step is drastically reduced. Furthermore, the molecular pump stage may have more than one inlet and more than one outlet, as shown in Figs. 12-14 and described below.

Im Betrieb wird das Gas von einer vorherigen Stufe oder einer anderen Gasquelle durch den Einlaß 150 empfangen. Die vorhergehende Stufe kann eine Molekularpumpstufe, eine axiale turbomolekulare Stufe oder jede andere geeignete Vakuumpumpstufe sein. Das Gas tritt durch die tangentialen Strömungssubkanäle 130, 132 und 134 ein und wird um den Umfang der tangentialen Strömungssubkanäle durch "Molecular Drag" bzw. molekulares Mitschleppen oder molekularen Impulsübertrag, welches durch die Rotation der Scheibe 100 erzeugt wird, gepumpt. Das Gas wird dann durch den Auslaß 152 zur nächsten Stufe oder zur Auslaßöffnung der Pumpe geführt.In operation, the gas is received from a previous stage or other gas source through inlet 150 . The previous stage can be a molecular pump stage, an axial turbomolecular stage or any other suitable vacuum pump stage. The gas enters through the tangential flow subchannels 130 , 132 and 134 and is pumped around the circumference of the tangential flow subchannels by "molecular drag" or molecular entrainment or molecular momentum transfer, which is generated by the rotation of the disk 100 . The gas is then passed through outlet 152 to the next stage or to the pump outlet.

Es kann beobachtet werden, daß die in den Fig. 1 und 3 bis 4 und oben beschriebenen Molekularpumpstufen sich vom Stand der Technik von Molekularpumpen in wichtiger Hinsicht unterscheiden. Wie am besten in Fig. 3 dargestellt, wird jeder der tangentialen Strömungssubkanäle 130, 132 und 134 an drei Seiten der Rotorscheibe 100 berandet. Beispielsweise wird der tangentiale Strömungssubkanal 130 an seiner oberen und unteren Oberfläche durch die Rippen 120 bzw. 122 berandet und an seiner Innenseite 130a durch die Rotorscheibe 100. Im Gegensatz dazu werden die tangentialen Flußkanäle im Stande der Technik der Molekularpumpstufen typischerweise nur an einer Seite von einer rotierenden Oberfläche berandet. Dadurch beeinflussen drei bewegliche Oberflächen der Rotorscheibe in der Molekularpumpstufe der Fig. 1 und 3 bis 4 die Gasmoleküle in den tangentialen Strömungssubkanälen, im Vergleich zu einer beweglichen Oberfläche im Stand der Technik der Molekularpumpstufen. Da die Molekularpumpstufe durch Übertragung der Bewegungsenergie der rotierenden Scheibe auf die Gasmoleküle arbeitet, wird die Leistungsfähigkeit des Gaspumpens in der Molekularpumpstufe der vorliegenden Erfindung erhöht, wobei der bewegliche Oberflächenteil im Vergleich zum feststehenden Oberflächenteil groß ist. Zusätzlich ist der Ausströmdruck wesentlich erhöht im Vergleich zu Molekularpumppumpen des Standes der Technik. Der Auslaß- oder Ausströmdruck der Molekularpumpe gemäß der Erfindung wird im Vergleich zum Stand der Technik von Molekularpumpen um einen Faktor von etwa 2 erhöht.It can be observed that the molecular pump stages described in Figures 1 and 3 to 4 and above differ in important respects from the prior art of molecular pumps. As best shown in FIG. 3, each of the tangential flow subchannels 130 , 132 and 134 is bordered on three sides of the rotor disk 100 . For example, the tangential Strömungssubkanal 130 is bounded at its upper and lower surfaces by the ribs 120 and 122, and on its inner side 130 a through the rotor disk 100. In contrast, the tangential flow channels in the art of molecular pumping stages typically only on one side of with a rotating surface. As a result, three movable surfaces of the rotor disk in the molecular pump stage of FIGS. 1 and 3 to 4 influence the gas molecules in the tangential flow subchannels, compared to a movable surface in the prior art of the molecular pump stages. Since the molecular pumping stage works by transferring the kinetic energy of the rotating disk to the gas molecules, the performance of gas pumping is increased in the molecular pumping stage of the present invention, and the movable surface part is large compared to the fixed surface part. In addition, the outflow pressure is significantly increased compared to the molecular pump pumps of the prior art. The outlet or outlet pressure of the molecular pump according to the invention is increased by a factor of about 2 compared to the prior art of molecular pumps.

Die tangentialen Strömungssubkanäle 130, 132 und 134 weisen jeweils einen Einlaß und einen Auslaß auf und arbeiten parallel. Die Rippen 120, 122, 124 und 126 können als Unterteilung des Kanals 104 in die Unterkanäle 130, 132 und 134 angesehen werden, welche parallel zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Molekularpumpstufe angeschlossen sind. Die gesamte Pumpgeschwindigkeit der Molekularpumpstufe ist proportional zur Summe der Querschnittsbereiche der tangentialen Flußkanäle 130, 132 und 134. Durch Erhöhen der Anzahl der tangentialen Flußkanäle und/oder ihrer Querschnittsbereiche kann die Pumpgeschwindigkeit erhöht werden.The tangential flow subchannels 130 , 132 and 134 each have an inlet and an outlet and operate in parallel. Ribs 120 , 122 , 124 and 126 can be viewed as dividing channel 104 into subchannels 130 , 132 and 134 which are connected in parallel between the inlet and outlet of the molecular pump stage. The total pumping speed of the molecular pumping stage is proportional to the sum of the cross-sectional areas of the tangential flow channels 130 , 132 and 134. By increasing the number of tangential flow channels and / or their cross-sectional areas, the pumping speed can be increased.

Ein Versuch wurde zum Vergleich der Leistungsfähigkeit der gerippten Rotorstruktur der vorliegenden Erfindung mit einer Struktur einer Molekularpumpstufe des Standes der Technik durchgeführt. Eine Rotorscheibe, die drei Rippen umfaßt, mit einer radialen Tiefe von 19,5 mm einer Dicke von 6 mm und einem Zwischenraum zwischen den Rippen von 2 mm wurde in einer Molekularpumpstufe getestet. Diese Molekularpumpe wurde im speziellen als eine zusätzliche Stufe auf dem Rotor einer Pumpe großer Ausmaße untersucht, bei der es notwendig ist, sowohl eine hohe Pumpgeschwindigkeit als auch die Kompressionsrate in viskoser Strömung aufrechtzuerhalten. Die getestete gerippte Rotorstruktur wird in Fig. 7a dargestellt. Eine ähnliche Scheibe ohne Rippen wurde in einer Molekularpumpstufe getestet. Die Ergebnisse werden in Fig. 7 dargestellt, wobei die Kompression als eine Funktion des Drucks der Vorvakuumleitung in Millibar ausgedrückt ist. Die Kurve 170 zeigt die Leistungsfähigkeit der Molekularpumpstufe mit geripptem Rotor und die Kurve 172 zeigt die Leistungsfähigkeit der Molekularpumpstufe mit einem herkömmlichen, nicht gerippten Rotor. Die Kompression der gerippten Rotorstufe, gezeigt in der Kurve 170, ist deutlich erhöht bei einem höheren Druck von 2 Millibar bis 10 Millibar. Die höhere maximale Kompressionsrate beim Stand der Technik war begründet durch eine größere transversale Beabstandung zwischen dem Rotor und der Kanalwand.An experiment was conducted to compare the performance of the finned rotor structure of the present invention with a prior art molecular pump stage structure. A rotor disk comprising three fins with a radial depth of 19.5 mm, a thickness of 6 mm and a space between the fins of 2 mm was tested in a molecular pumping stage. This molecular pump has been specifically studied as an additional stage on the rotor of a large scale pump where it is necessary to maintain both high pumping speed and the compression rate in viscous flow. The ribbed rotor structure tested is shown in Fig. 7a. A similar disc without fins was tested in a molecular pumping stage. The results are presented in Figure 7, where the compression is expressed as a function of the forevacuum line pressure in millibars. Curve 170 shows the performance of the molecular pump stage with a finned rotor and curve 172 shows the performance of the molecular pump stage with a conventional, non-finned rotor. The compression of the ribbed rotor stage, shown in curve 170 , is significantly increased at a higher pressure of 2 millibars to 10 millibars. The higher maximum compression rate in the prior art was due to a larger transverse spacing between the rotor and the channel wall.

Eine zweite Ausführungsform einer Molekularpumpstufe gemäß der Erfindung wird schematisch in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Die Molekularpumpstufe umfaßt eine Rotorscheibe 200 und einen Stator 202, die in einem Gehäuse befestigt sein können, wie in Fig. 2 dargestellt und nachfolgend beschrieben wird. Der Stator 202 definiert einen Kanal 204, in welchem die Rotorscheibe 200 rotiert. Die Rotorscheibe 200 ist an einer Welle (nicht dargestellt) befestigt zum Rotieren um eine zentrale Achse 210. A second embodiment of a molecular pump stage according to the invention is shown schematically in FIGS. 8 and 9. The molecular pump stage comprises a rotor disk 200 and a stator 202 , which can be fastened in a housing, as shown in FIG. 2 and described below. The stator 202 defines a channel 204 in which the rotor disk 200 rotates. The rotor disk 200 is attached to a shaft (not shown) for rotation about a central axis 210.

Die Rotorscheibe 200 wird mit zwei oder mehr beabstandeten, umfangsmäßig unveränderte Rippen 220, 222 bis 224 und 226 bereitgestellt. Bei der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 ragen die Rippen 220, 222, 224 und 226 axial bezüglich der Achse 210 in den Kanal 204. Die Rippen definieren eine Mehrzahl tangentialer Strömungssubkanäle. Bei der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 definieren die Rippen 220 und 222 einen tangentialen Strömungssubkanal 230; die Rippen 222 und 224 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 232; und die Rippen 224 und 226 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 234. Die Rippen 220, 222, 224 und 226 erstecken sich um den Umfang der Rotorscheibe 200 und sind umfangsmäßig unverändert. Folglich sind die Rippen 220, 222, 224 und 226 zylindrisch und konzentrisch. Wie in der Ausführungsform der Fig. 1 und 3 bis 4, werden die Größen der Rippen 220, 222, 224 und 226 und der Zwischenraum zwischen den Rippen auf der gewünschten Leistungsfähigkeit der Molekularpumpsstufe basierend ausgewählt. Die Größen der tangentialen Strömungssubkanäle 230, 232 und 234 werden ausgewählt, um die gewünschte Pumpgeschwindigkeit bereitzustellen.The rotor disk 200 is provided with two or more spaced, circumferentially unchanged ribs 220 , 222 to 224 and 226 . In the embodiment of FIGS. 8 and 9, the ribs 220 , 222 , 224 and 226 project axially into the channel 204 with respect to the axis 210. The ribs define a plurality of tangential flow subchannels. In the embodiment of FIGS. 8 and 9, the ribs 220 and 222 define a tangential flow subchannel 230 ; ribs 222 and 224 define a tangential flow subchannel 232 ; and the ribs 224 and 226 define a tangential flow subchannel 234. The ribs 220 , 222 , 224 and 226 extend around the circumference of the rotor disk 200 and are unchanged in circumference. As a result, the ribs 220 , 222 , 224 and 226 are cylindrical and concentric. As in the embodiment of FIGS. 1 and 3 to 4, the sizes of the ribs 220 , 222 , 224 and 226 and the space between the ribs are selected based on the desired performance of the molecular pumping stage. The sizes of the tangential flow subchannels 230 , 232 and 234 are selected to provide the desired pumping speed.

Der Stator 202 umfaßt eine Dampfsperre 240, die jeden tangentialen Strömungssubkanal an einem Ort des Umfangs blockiert. Die Rippen und die Dampfsperre weisen komplementäre Geometrien auf, so daß die Dampfsperre jeden der tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Im speziellen umfaßt die Dampfsperre 240 einen Finger 242, der in den tangentialen Strömungssubkanal 230 ragt, einen Finger 244, der in den tangentialen Strömungssubkanal 232 ragt, und einen Finger 246, der in den tangentialen Strömungssubkanal 234 ragt. Die Finger 242, 244 und 246 werden unter Beachtung der Rippen 220, 222, 224 und 226 so dimensioniert, daß ein schmaler Zwischenraum zwischen der Rotorscheibe und der Dampfsperre 240 bereitgestellt wird. Der Stator 202 definiert weiterhin einen Einlaß und einen Auslaß für jeden der tangentialen Strömungssubkanäle 230, 232 und 234 wie, vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1, 5 und 6 beschrieben.Stator 202 includes a vapor barrier 240 that blocks each tangential flow subchannel at a circumferential location. The fins and the vapor barrier have complementary geometries so that the vapor barrier substantially blocks each of the tangential flow subchannels. Specifically, the vapor barrier 240 includes a finger 242 that projects into the tangential flow subchannel 230 , a finger 244 that projects into the tangential flow subchannel 232 , and a finger 246 that projects into the tangential flow subchannel 234 . The fingers 242 , 244 and 246 are dimensioned taking into account the ribs 220 , 222 , 224 and 226 in such a way that a narrow space is provided between the rotor disk and the vapor barrier 240 . Stator 202 further defines an inlet and an outlet for each of tangential flow subchannels 230 , 232 and 234 as described above in connection with FIGS. 1, 5 and 6.

Es wird darauf hingewiesen, daß eine Anzahl von Varianten der Molekularpumpstufen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfaßt sind. Die Molekularpumpstufe kann jede praktische Anzahl von Rippen aufweisen, wobei die Rippengrößen und die Rippenzwischenräume für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden. Die Rotorscheibe 100 im Beispiel der Fig. 1 und 3 bis 4 weist eine höhere axiale Größe im Bereich der Rippen 120, 122, 124 und 126 auf als in ihrem Zentralbereich. Im allgemeinen kann die Rotorscheibe eine einheitliche oder nicht einheitliche axiale Größe aufweisen, wobei der Stator eine komplementäre Geometrie aufweist. Es kann von Nutzen sein, eine Rotorscheibe mit einer einheitlichen Dicke in axialer Richtung in einer mehrstufigen Vakuumpumpe einzusetzen. Eine Rotorscheibe, die eine erhöhte axiale Dicke in der Nähe ihres äußeren Umfangs aufweist, stellt eine Möglichkeit für zusätzliche Rippen dar. Die Größe der Rippen und die Zwischenräume zwischen den Rippen werden für eine bestimmte Anwendung ausgewählt. Eine Vakuumpumpe kann gemäß der Erfindung eine oder mehrere Molekularpumpstufen umfassen.It is noted that a number of molecular pump stage variations are within the scope of the present invention. The molecular pumping stage can have any practical number of ribs, the rib sizes and the rib spaces being selected for a particular application. The rotor disc 100 in the example of Fig. 1 and 3 to 4 has a higher axial size in the region of the ribs 120, 122, 124 and 126 than in its central region. In general, the rotor disk can have a uniform or non-uniform axial size, the stator having a complementary geometry. It may be useful to use a rotor disc with a uniform thickness in the axial direction in a multi-stage vacuum pump. A rotor disk, which has an increased axial thickness near its outer circumference, is one possibility for additional ribs. The size of the ribs and the spaces between the ribs are selected for a specific application. A vacuum pump can comprise one or more molecular pump stages according to the invention.

Die Molekularpumpstufe der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend mit umfangsmäßig unveränderten Rippen beschrieben, die an einer Rotorscheibe befestigt sind und mit einer Dampfsperre, die an einem Stator befestigt ist. Jedoch können die Rippen entweder am Rotor oder am Stator befestigt sein. Bei Konfigurationen, in denen die Rippen vom Stator in die Aushöhlung ragen, in welcher die Rotorscheibe rotiert, kann die Dampfsperre am Rotor befestigt sein.The molecular pumping stage of the present Invention has been unchanged in scope above Ribs described that attached to a rotor disc are and with a vapor barrier attached to a stator is attached. However, the ribs can either be on the rotor or attached to the stator. For configurations in which the ribs protrude from the stator into the cavity in which the rotor disc rotates, the vapor barrier on the rotor be attached.

Eine Molekularpumpstufe, die eine umgekehrt gerippte Geometrie aufweist, wobei der Stator mit Rippen bereitgestellt wird, wird bezüglich der Fig. 10 bis 14 beschrieben. Gleiche Elemente in den Fig. 10 bis 14 weisen die gleichen Referenznummern auf. Ein Stator 300 weist eine im allgemeinen zylindrische Innenwand 302 mit einer Mittenachse 320 auf. Ringförmige Rippen 310, 312 und 314 ragen innen von der zylindrischen Wand 302 nach innen. Die Rippen 310, 312 und 314 sind umfangsmäßig unverändert und liegen in r-θ Ebenen bezüglich der Achse 320. Eine in der Lage zur Rotation um die Achse 320 gebrachte Rotorscheibe 324, umfaßt ein Flansch 326 in nahegelegener Anordnung zur Rippe 310 und einem Flansch 328 in nahe gelegener Anordnung zur Rippe 314. Die Flansche 326 und 328 definieren einen Kanal zwischen sich. Die Rippen 310 und 312 und die Rotorscheibe 324 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 330; und die Rippen 312 und 314 und die Rotorscheibe 324 definieren einen tangentialen Strömungssubkanal 323. A molecular pump stage having an inversely ribbed geometry, wherein the stator is provided with ribs, will be described with reference to FIGS. 10 to 14. The same elements in FIGS. 10 to 14 have the same reference numbers. A stator 300 has a generally cylindrical inner wall 302 with a central axis 320 . Annular ribs 310 , 312 and 314 project inwardly from cylindrical wall 302 . The ribs 310 , 312 and 314 are unchanged in circumference and lie in r-θ planes with respect to the axis 320. A rotor disk 324 , which is brought into rotation about the axis 320 , comprises a flange 326 in close proximity to the rib 310 and a flange 328 in close proximity to rib 314. Flanges 326 and 328 define a channel between them. The ribs 310 and 312 and the rotor disk 324 define a tangential flow subchannel 330 ; and the ribs 312 and 314 and the rotor disk 324 define a tangential flow subchannel 323.

Wie am besten in den Fig. 11 und 12 gezeigt, umfaßt die Rotorscheibe 324 Dampfsperren 340 und 342. Die Dampfsperren 340 und 342 sind bevorzugt beabstandet durch 180E bezüglich der Achse 320, um sicherzustellen, daß die Rotorscheibe 324 während der Rotation ausbalanciert ist. Wie in Fig. 11 gezeigt, umfaßt die Dampfsperre 340 einen Finger 344, der in den Unterkanal 330 ragt und einen Finger 346, der in den Unterkanal 332 ragt. Die Finger 344 und 346 sind in Hinsicht auf die Rippen 310, 312 und 314 so dimensioniert, daß eine kleiner Zwischenraum zwischen den Dampfsperren 340 und den Rippen 310, 312 und 314 bereitgestellt wird. Die Rippen und die Dampfsperre weisen komplementäre Geometrien auf, so daß die Dampfsperre jeden der tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Die Dampfsperre 342 weist eine ähnliche Struktur auf.As best shown in Figures 11 and 12, rotor disk 324 includes vapor barriers 340 and 342. Vapor barriers 340 and 342 are preferably spaced apart by 180E with respect to axis 320 to ensure that rotor disk 324 is balanced during rotation. As shown in FIG. 11, vapor barrier 340 includes a finger 344 that projects into subchannel 330 and a finger 346 that projects into subchannel 332 . Fingers 344 and 346 are sized with respect to ribs 310 , 312 and 314 to provide a small clearance between vapor barriers 340 and ribs 310 , 312 and 314 . The fins and the vapor barrier have complementary geometries so that the vapor barrier substantially blocks each of the tangential flow subchannels. The vapor barrier 342 has a similar structure.

Wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt, wird die Rotorscheibe 324 mit Einlässen 350 und 352 bereitgestellt, die sich von einer oberen Oberfläche 354 der Rotorscheibe 324 nach unten gerichtet erstrecken, um einen Zugang zu den tangentialen Strömungssubkanälen 330 und 332 benachbart zu jeder Dampfsperre bereitzustellen. Wie in den Fig. 12 und 14 gezeigt, wird die Rotorscheibe 324 mit Auslässen 360 und 362 bereitgestellt, die sich von einer tieferen Oberfläche 364 der Rotorscheibe 324 nach oben gerichtet erstrecken, um Zugang zu den tangentialen Strömungssubkanälen 330 und 332 benachbart zu jeder Dampfsperre bereitzustellen. Die Molekularpumpstufe der Fig. 10 bis 14 umfaßt einen Einlaß und einen Auslaß für jede Dampfsperre. Der Einlaß 350 und der Auslaß 362 sind an gegenüberliegenden Seiten der Dampfsperre 342 angeordnet; und der Einlaß 352 und der Auslaß 360 sind an gegenüberliegenden Seiten der Dampfsperre 340 angeordnet. Dieser Aufbau arbeitet dadurch wie zwei parallele Pumpstufen, wobei jede Pumpstufe die Hälfte des Umfangs der Rotorscheibe ausmacht. Im Betrieb wird das Gas durch die Einlässe 350 und 352 empfangen und tritt in die tangentialen Strömungssubkanäle 330 und 332 ein. Das Gas wird um den Umfang der tangentialen Strömungssubkanäle gepumpt durch Molekularwiderstand bzw. Impulsübertrag oder molekulares Mitziehen, welches durch die Rotation der Rotorscheibe 324 erzeugt wird. Das Gas wird dann durch die Auslässe 360 und 362 zur nächsten Stufe oder zur Auslaßöffnung der Pumpe weitergeleitet.As shown in FIGS. 12 and 13, the rotor disc is provided 324 with inlets 350 and 352 which extend directed from an upper surface 354 of the rotor disc 324 downwardly to provide access to the tangential Strömungssubkanälen 330 and 332 adjacent to each vapor barrier to provide. As shown in FIGS. 12 and 14, the rotor disk 324 with outlets 360 and 362 is provided which extend directed from a lower surface 364 of the rotor disc 324 upwardly to provide access to the tangential Strömungssubkanälen 330 and adjacent to 332 to provide to each of the vapor barrier . The molecular pump stage of FIG. 10 to 14 comprising an inlet and an outlet for each vapor barrier. Inlet 350 and outlet 362 are located on opposite sides of vapor barrier 342 ; and inlet 352 and outlet 360 are located on opposite sides of vapor barrier 340 . This construction works like two parallel pump stages, each pump stage making up half the circumference of the rotor disk. In operation, the gas is received through inlets 350 and 352 and enters tangential flow subchannels 330 and 332 . The gas is pumped around the circumference of the tangential flow subchannels by molecular resistance or momentum transfer or molecular dragging, which is generated by the rotation of the rotor disk 324 . The gas is then passed through outlets 360 and 362 to the next stage or to the pump outlet.

Im allgemeinen umfaßt die Molekularpumpstufe der vorliegenden Erfindung feste und rotierende Elemente, die eine zusammenarbeitende Beziehung aufweisen und gestatten eine Rotation der Rotationselemente relativ zu den feststehenden Elementen. Die feststehenden und die rotierenden Elemente definieren einen Kanal, der einen Einlaß und einen Auslaß aufweist. Eines der feststehenden und rotierenden Elemente umfaßt beabstandete, umfangsmäßig unveränderte Rippen, die im Kanal angeordnet sind. Die Rippen definieren einen oder mehrere tangentiale Strömungssubkanäle. Jeder der Unterkanäle ist mit dem Einlaß und dem Auslaß verbunden. Die übrigen der feststehenden und rotierenden Elemente umfassen eine Dampfsperre, die im Kanal angeordnet ist. Die Dampfsperre und die Rippen weisen komplementäre Geometrien auf, so daß die Dampfsperre die tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Dadurch können die Rippen rotieren (wie in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 bis 6, 8 und 9) oder können feststehend sein (wie in den Ausführungsformen der Fig. 10 bis 14). Wenn die Rippen feststehend sind, so rotiert die Dampfsperre relativ zu den Rippen.In general, the molecular pumping stage of the present invention includes fixed and rotating elements that have a cooperative relationship and allow rotation of the rotating elements relative to the fixed elements. The fixed and rotating elements define a channel that has an inlet and an outlet. One of the fixed and rotating elements comprises spaced, circumferentially unchanged ribs which are arranged in the channel. The ribs define one or more tangential flow subchannels. Each of the subchannels is connected to the inlet and the outlet. The rest of the fixed and rotating elements comprise a vapor barrier, which is arranged in the channel. The vapor barrier and the fins have complementary geometries so that the vapor barrier essentially blocks the tangential flow subchannels. As a result, the ribs can rotate (as in the embodiments of FIGS. 1 and 3 to 6, 8 and 9) or may be fixed (as in the embodiments of FIGS. 10 to 14). When the fins are stationary, the vapor barrier rotates relative to the fins.

Die Stufe einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Molekularvakuumpumpe umfaßt folglich eine Rotorscheibe, die an einer Antriebswelle zur Rotation um eine Achse gekoppelt ist, einen Stator, der um die Rotorscheibe angeordnet ist und eine Dampfsperre. Der Stator definiert einen Kanal mit einem Einlaß und einem Auslaß, und die Rotorscheibe umfaßt zwei oder mehrere beabstandete, umfangsmäßig unveränderte Rippen, die im Kanal angeordnet sind. Die Rippen definieren einen oder mehrere tangentiale Strömungssubkanäle, von denen jeder mit dem Einlaß und dem Auslaß verbunden ist. Die Dampfsperre und die Rippen weisen komplementäre Geometrien auf, so daß die Dampfsperre die tangentialen Strömungssubkanäle im wesentlichen blockiert. Gas wird durch die tangentialen Strömungssubkanäle vom Einlaß zum Auslaß gepumpt durch die Scheibenrotation relativ zum Stator. Die Rippen stellen in einer gegebenen Konfiguration der Stufe einer Molekularvakuumpumpe einen erhöhten Ausströmdruck bereit. In anderen Konfigurationen kann der Stator beabstandete Rippen aufweisen und der Rotor kann eine Dampfsperre aufweisen.The stage of an embodiment of an invention Molecular vacuum pump therefore includes a rotor disc that coupled to a drive shaft for rotation about an axis is a stator which is arranged around the rotor disk and a vapor barrier. The stator defines a channel an inlet and an outlet, and includes the rotor disk two or more spaced, circumferentially unchanged Ribs arranged in the channel. Define the ribs one or more tangential flow subchannels, one of which each is connected to the inlet and the outlet. The The vapor barrier and the ribs have complementary geometries on, so that the vapor barrier the tangential Flow sub-channels essentially blocked. Gas is through the tangential flow subchannels from the inlet to the outlet pumped by the disk rotation relative to the stator. The Ribs represent the level in a given configuration a molecular vacuum pump an increased discharge pressure ready. In other configurations, the stator have spaced ribs and the rotor can Have a vapor barrier.

Claims

Stage 1 of a molecular vacuum pump comprising:
fixed and rotating members operatively connected to each other to allow rotation of a rotating member relative to a fixed member, the fixed and rotating members defining a channel with an inlet and an outlet, the fixed or rotating member has spaced circumferentially unchanged fins disposed in the channel, the fins defining one or more tangential flow subchannels each connected to the inlet and the outlet, the remaining fixed and rotating members having a vapor barrier disposed in the channel, the The vapor barrier and the fins have complementary geometries so that the vapor barrier substantially blocks the tangential flow subchannels, the gas through the rotating element rotating relative to the fixed element through the tangential flow subchannels from the inlet to the outlet let it be pumped.

2nd stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the ribs on the rotating Element are attached and the vapor barrier on fixed element is attached.

3rd stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the ribs on fixed element are attached and the Vapor barrier is attached to the rotating element.

4th stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the tangential Flow sub-channels an entire cross-sectional area have the pumping speed of the stage of Molecular vacuum pump essentially determined.

5th stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the ribs with respect an axis of rotation of the rotating element radially extend.

6th stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the ribs with respect an axis of rotation of the rotating member axially extend.

7th stage of a molecular vacuum pump according to claim 1, wherein the ribs a plurality Define tangential flow subchannels.

8th stage of a molecular vacuum pump comprising:
a rotor disk which is coupled to a drive shaft for rotation about an axis,
a stator which is arranged around the rotor disk,
the stator defining a channel with inlet and outlet, the rotor disk comprising two or more spaced, circumferentially unchanged ribs arranged in the channel, the ribs defining one or more tangential flow subchannels, each connected to the inlet and the outlet , and
a vapor barrier disposed in the channel, the vapor barrier and the fins having complementary geometries so that the vapor barrier substantially blocks one or more tangential flow subchannels, the gas, through the disk rotating relative to the stator, through one or more tangential flow subchannels are pumped from the inlet to the outlet.

9th stage of a molecular vacuum pump according to claim 8, wherein the ribs radially in the Protrude into the channel.

10th stage of a molecular vacuum pump according to claim 8, wherein the ribs axially in the Protrude into the channel.

11th stage of a molecular vacuum pump according to claim 8, wherein the ribs a plurality of tangential flow subchannels.

12th stage of a molecular vacuum pump according to claim 8, wherein the vapor barrier fingers includes that in each of the tangential flow subchannels protrude into it.

13. High vacuum pump, comprising:
a pump housing with one axis;
an axially arranged turbomolecular compressor which is arranged in the housing, and
a molecular pump disposed in the housing, the turbomolecular compressor and the molecular pump comprising a rotating section coupled to a single motor drive shaft aligned along the axis, the molecular pump comprising at least one molecular pump stage comprising:
a rotor disc coupled to the drive shafts for rotation about the axis,
a stator disposed around the rotor disk, the stator defining a channel having an inlet and an outlet, the rotor disk including two or more spaced, circumferentially unchanged ribs disposed in the channel, the ribs one or more tangential flow subchannels define, which are respectively connected to the inlet and the outlet, and
a vapor barrier disposed in the channel, the vapor barrier and the fins having complementary geometries such that the vapor barrier substantially blocks one or more tangential flow subchannels, with gas being pumped through one or more flow subchannels from the inlet to the outlet through the disc rotates relative to the stator.

14. High vacuum pump according to claim 13, in which the ribs project radially into the channel.

15. High vacuum pump according to claim 13, in which the ribs project axially into the channel.

16. High vacuum pump according to claim 13, in which the ribs have a plurality of tangential ones Flow sub-channels define an entire Have cross-sectional area that the Pumping speed of the stage of the molecular vacuum pump Are defined.

17. High vacuum pump according to claim 13, in which the vapor barrier includes fingers in each of the one or more tangential flow subchannels protrude into it.

18. Integral high vacuum pump comprising:
a pump housing which has an axis,
an axially arranged turbomolecular compressor which is arranged in the housing, and
a molecular pump disposed in the housing, the turbomolecular compressor and the molecular pump each comprising a rotating section coupled to a single motor drive shaft aligned along the axis, the molecular pump comprising at least one molecular pump stage, the fixed and rotating Comprises elements which are arranged in operative relation to each other to allow rotation of the rotating elements relative to the fixed elements, the fixed and rotating elements defining a channel with inlet and outlet, each of the elements, the fixed or the rotating element, has spaced circumferentially unchanged ribs disposed in the channel, the ribs defining one or more tangential flow subchannels, each of which is connected to the inlet and the outlet, and the remaining element, the fixed or the rotating element , has a vapor barrier disposed in the channel, the vapor barrier and the fins having complementary geometries such that the vapor barrier substantially blocks the tangential flow subchannels, with gas through the rotating element rotating relative to the fixed element through the tangential flow subchannels is pumped from the inlet to the outlet.

19. Integral high vacuum pump according to claim 18, where the ribs are attached to the rotating element and the vapor barrier on the fixed element is attached.

20. Integral high vacuum pump according to claim 18, where the ribs on the fixed element are attached and the vapor barrier is rotating Element is attached.

21st stage of a molecular vacuum pump comprising:
fixed and rotating elements arranged in cooperative relationship to allow rotation of the rotating elements relative to the fixed elements, the fixed and rotating elements defining a channel having an inlet and an outlet,
the rotating member having spaced circumferentially unchanged ribs disposed in the channel, the ribs defining one or more tangential flow subchannels, each of which is connected to the inlet and outlet, the inlet being circumferentially spaced from the ribs, and
the fixed elements have a vapor barrier disposed in the channel, the vapor barrier and the fins having complementary geometries so that the vapor barrier substantially blocks the tangential flow subchannels, with the gas passing through the rotating element that rotates relative to the fixed element the tangential flow subchannels are pumped from the inlet to the outlet.

22nd stage of a molecular vacuum pump according to claim 21, wherein the inlet is an axial Arrangement.

23rd stage of a molecular vacuum pump according to claim 21, wherein the inlet is a radial Arrangement.