Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe
mit Chassis, Rotor und Gehäuse. Außerdem bezieht sich
die Erfindung auf eine Einrichtung, die mit einer zu
evakuierenden Kammer und mit einer Reibungsvakuumpumpe
dieser Art ausgerüstet ist.
Aus der DE-A-43 14 419 sind verschiedene Reibungsvaku
umpumpen (Turbomolekularpumpen, Pumpen mit Turbomoleku
larpumpenstufen und anderen Reibungspumpenstufen) mit
einer Bauart bekannt, wie sie z.Zt. üblich ist und auf
dem Markt angeboten wird. Sie besitzen ein Chassis, das
mit dem Antriebsmotor ausgerüstet ist und auf dem sich
der Rotor abstützt. Außerdem stützt sich das Gehäuse
der Pumpe auf dem Chassis ab. Es umgibt den Rotor und
den Stator und auch mehr oder weniger das Chassis. Das
Gehäuse sichert die Zuordnung der genannten Bauteile
zueinander. Weiterhin hat es die Aufgabe, den aus Sta
torhalbring-Scheiben und Distanzringen bestehenden Sta
tor exakt zu zentrieren, damit die bei Reibungsvakuum
pumpen notwendigen kleinen Spalte eingehalten werden
können. Das Gehäuse dichtet die Vakuumpumpe nach außen
hin ab. Schließlich ist es mit dem stirnseitig angeord
neten Anschlussflansch ausgerüstet, mit dem die Rei
bungsvakuumpumpen an Einrichtungen mit zu evakuierenden
Kammern angeschlossen werden. Da es unterschiedliche
Flanscharten und Flanschgrößen gibt, ist es für den
Hersteller von Reibungsvakuumpumpen notwendig, eine
Vielzahl von Reibungsvakuumpumpen-Typen herzustellen
und bereitzuhalten, um sämtliche Applikationswünsche
der Kunden erfüllen zu können.
Weiterhin ist es aus der DE-A-43 31 589 bekannt, Rei
bungsvakuumpumpen mit mehreren Anschlussöffnungen aus
zurüsten. Diese haben jeweils ein unterschiedliches
Druckniveau. Reibungsvakuumpumpen dieser Art dienen
vorzugsweise der Evakuierung von Korpuskularstrahlge
räten (z. B. Massenspektrometern) mit durch Blenden von
einander getrennten Kammern, in denen während des Be
triebs des Korpuskularstrahlgerätes unterschiedliche
Drücke erzeugt und aufrecht erhalten werden sollen. Ap
plikationen dieser Art vergrößern in erheblichem Maße
den Aufwand für die Herstellung und/oder Bereithaltung
von Reibungsvakuumpumpen, die für möglichst viele Kun
denwünsche geeignet sein sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
die Anpassung von Reibungsvakuumpumpe an die Vielfalt
der durch die Kunden vorgegebenen Applikationen zu ver
einfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass
das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen besteht, dass das
erste, innere Gehäuse im wesentlichen zylindrisch aus
gebildet ist, den Stator umgibt und mit einer Durch
trittsöffnung für die in die Pumpe eintretenden Gase
ausgerüstet ist und dass das zweite Gehäuse eine das
erste Gehäuse mit den darin befindlichen Bauteilen der
Pumpe aufnehmende Bohrung aufweist. Durch diese Maßnah
men wird es möglich, die eingangs beschriebenen Funk
tionen des bisher üblichen, einteiligen Gehäuses auf
zwei Gehäuse zu verteilen. Das innere Gehäuse sichert
die Zuordnung der einzelnen Bauteile der Reibungsvaku
umpumpe zueinander. Dadurch entsteht eine Reibungsvaku
umpumpe in Form eines Einschubs, die bereits vielen
Funktionsprüfungen, z. B. der des Auswuchtens, unterwor
fen werden kann. Das äußere Gehäuse hat die Aufgabe,
die auch ohne äußeres Gehäuse funktionstüchtige Rei
bungsvakuumpumpe an die Applikation des Kunden anzupas
sen. Es ist nicht mehr erforderlich, eine Vielfalt von
Reibungspumpentypen herzustellen oder bereitzuhalten,
sondern lediglich eine oder wenige universelle, kom
pakte und funktionsfähige Pumpeinheiten (Einschübe,
Kartuschen) sowie die den jeweiligen Kundenapplikatio
nen angepassten äußeren Gehäuse.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin,
dass es auch möglich ist, dem Kunden den Bau des zwei
ten, äußeren Gehäuses zu überlassen. Es reicht aus, den
Kunden über die äußeren Abmessungen der einschubförmi
gen Reibungsvakuumpumpe zu informieren. Eine besonders
einfache Lösung für ihn besteht darin, dass er in dem
Gehäuse oder Gehäuseteil seiner Einrichtung (Anlage,
Gerät oder dergleichen mit einer oder mehreren zu eva
kuierenden Kammern) eine Bohrung vorsieht, in die die
einschubförmige Reibungsvakuumpumpe eingesetzt werden
kann. Im betriebsfertigen Zustand bildet dann das Ge
häuse oder Gehäuseteil der Einrichtung des Kunden das
zweite äußere Gehäuse der erfindungsgemäßen Reibungsva
kuumpumpe. Dadurch entfällt ein separates, aufwendiges
Anschlussgehäuse. Außerdem werden Leitwertverluste
durch die kammernahe Anbindung der Reibungsvakuumpumpe
klein gehalten und damit die prozessabhängigen niedri
gen Kammerdrücke realisiert. Eine optimale-Leitwert-Si
tuation wird erreicht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen
anhand von den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
- - Fig. 1 eine mit drei Pumpstufen ausgerüstete
Reibungsvakuumpumpe nach der Erfindung,
- - Fig. 2 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der
Erfindung,
- - Fig. 3 eine mit einer Reibungsvakuumpumpe nach
der Erfindung ausgerüstete Einrichtung und
- - Fig. 4 und 5 Schnitte durch eine Ausführung des
Einschubs mit Zugankern.
In Fig. 1 ist eine Reibungsvakuumpumpe 1 mit Stator 3,
Rotor 4 und Chassis 5 dargestellt. Im Chassis 5 befin
det sich der Motorantrieb 6, 7, dessen Anker 7 sich
über die Lager 8 im Chassis 5 abstützt. Mit dem Anker 7
ist die aus dem Chassis 5 herausgeführte Welle 9 ver
bunden, die den Rotor 4 trägt. Die Drehachse des Rotor
systems ist mit 11 bezeichnet.
Insgesamt besitzt die Reibungsvakuumpumpe 1 nach Fig.
1 drei Pumpstufen 12, 13, 14, von denen zwei (12, 13)
als Turbomolekularvakuumpumpstufen und eine (14) als
Molekular(Holweck)-Pumpstufe ausgebildet sind. An die
Molekularpumpstufe 14 schließt sich der Auslass der
Pumpe 17 an.
Erfindungsgemäß ist die Pumpe 1 mit zwei Gehäusen 18,
19 ausgerüstet. Das innere Gehäuse 18 ist im wesentli
chen zylindrisch und umgibt den Stator 3. Auf seiner
hochvakuumseitigen Stirnseite ist es mit einem nach in
nen gerichteten Rand 20 ausgerüstet, der dem Stator 3
aufliegt und in diesem Falle gleichzeitig den oberen
Statorring bildet. Vorvakuumseitig ist das Gehäuse 18
am Chassis 5 befestigt, und zwar mit Hilfe des Flan
sches 21. Flansch 21 und Chassis 5 sind vakuumdicht
miteinander verbunden. Dazu ist zwischen dem Flansch 21
und dem Chassis 5 der Dichtring 21' angeordnet.
Das äußere Gehäuse 19 besitzt eine innere Bohrung 22
mit einer einwärts gerichteten Stufung 23, deren Höhe
der Breite des Randes 20 am ersten Gehäuse 18 ent
spricht. Zwecks Abdichtung des Spaltes zwischen den
beiden Gehäusen 18, 19 zur Hochvakuumseite der Pumpe 1
hin befindet sich zwischen deren Rand 20 und der Stu
fung 23 eine Dichtung 24, die zweckmäßig in die Stirn
seite des Gehäuses 18 eingelassen ist. Auch eine ra
diale Abdichtung ist möglich. Vorvakuumseitig besitzt
auch das Gehäuse 19 eine Vorrichtung, z. B. den Flansch
25, mit dem es am Chassis 5 oder auch am Gehäuse 18 be
festigt ist. Nach dem Lösen dieser Befestigung kann die
vom inneren Gehäuse 18 und den darin befindlichen Bau
teilen gebildete Einheit als Ganzes aus der Bohrung 22
herausgenommen werden. Sie bildet einen vom zweiten Ge
häuse 19 unabhängigen Einschub 27.
Die erste, hochvakuumseitig gelegene Pumpstufe 12 be
steht aus vier Paaren von Rotorschaufelreihen und Sta
torschaufelreihen. Ihr Einlass, die wirksame Gasdurch
trittsfläche, ist mit 26 bezeichnet. Der Rand 20 umgibt
die Gasdurchtrittsfläche 26 und bildet eine Durch
trittsöffnung 28 für in die Pumpe 1 eintretenden Gase.
An die erste Pumpstufe 12 schließt sich die zweite
Pumpstufe 13 an, die aus drei Paaren von je einer Sta
torschaufelreihe und einer Rotorschaufelreihe besteht.
Ihr Einlass ist mit 29 bezeichnet.
Die zweite Pumpstufe 13 ist von der ersten Pumpstufe 12
beabstandet. Der gewählte Abstand (Höhe) a sichert die
freie Zugänglichkeit der zu fördernden Gasmoleküle zum
Gaseinlass 29. Zweckmäßig ist der Abstand a größer als
ein Viertel, vorzugsweise größer als ein Drittel des
Durchmessers des Rotorsystems 4.
Die sich daran anschließende Holweck-Pumpe umfasst ei
nen rotierenden Zylinderabschnitt 30, dem außen und in
nen in bekannter Weise mit jeweils einer Gewindenut 31,
32 ausgerüstete Statorelemente 33, 34 gegenüberstehen.
Eine weitere, vom inneren Gehäuse 18 gebildete Öffnung
ist seitlich angeordnet und mit 35 bezeichnet. Sie
dient dem Durchtritt von Gasen, die unmittelbar dem
Einlass 29 der zweiten Pumpstufe 13 zugeführt werden.
Das äußere Gehäuse 19 hat die Aufgabe, die Pumpe 1 bzw.
zwei Pumpenstufen (12, 13) dieser Pumpe mit der Ein
richtung des Kunden zu verbinden. Das Gehäuse 19 ist
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 derart ausgebil
det, dass sich die Ebenen sämtlicher Verbindungsöffnun
gen 36, 37 seitlich befinden. Dadurch ist insbesondere
der Abstand der Öffnung 37 zum zugehörigen Gaseinlass
29 sehr klein, so dass das Saugvermögen der Pumpstufe
13 beeinträchtigende Leitwertverluste vernachlässigbar
sind. Dieses würde auch für jeden weiteren Zwischenan
schluss gelten, der stromabwärts vom Zwischenanschluss
37/29 gelegen wäre. Im übrigen überschreitet der Durch
messer der Anschlussöffnung 37 die Höhe a um etwa das
Doppelte. Auch diese Maßnahme dient der Verringerung
der Leitwertverluste zwischen Einlass 29 und An
schlussöffnung 37. Die seitlichen Verbindungsöffnungen
können mit je einem Flansch ausgerüstet sein. Beim Aus
führungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein gemeinsamer
Flansch 39 vorgesehen.
Die dargestellte Pumpe 1 bzw. ihre pumpwirksamen Ele
mente (Stator-, Rotorschaufeln, Gewindestufen) sind
zweckmäßig derart ausgebildet, dass im Bereich der An
schlussöffnung 36 ein Druck von 10-4 bis 10-7, vorzugs
weise 10-5 bis 10-6, und im Bereich der Anschlussöffnung
37 ein Druck von etwa 10-2 bis 10-4 mbar erzeugt wird.
Dadurch ergibt sich für die erste Pumpstufe 12 die Not
wendigkeit, für ein Kompressionsverhältnis von 102 bis
104, vorzugsweise größer 100, zu sorgen. Mit der zwei
ten Pumpstufe soll ein hohes Saugvermögen erzeugt wer
den (z. B. 200 l/s). Die sich anschließende, zweistufige
Holweck-Pumpstufe (29, 30; 29, 31) sichert eine hohe
Vorvakuumbeständigkeit, so dass üblicherweise das Saug
vermögen der zweiten Pumpstufe vom Vorvakuumdruck unab
hängig ist.
Für den Fall, dass im Bereich der Anschlussöffnung 36
ein besonders hohes Saugvermögen nicht gefordert wird,
kann dieses Ziel durch entsprechende Gestaltung der
Schaufeln der ersten Pumpstufe 12 erreicht werden. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, vor dem Einlass 26
der ersten Pumpstufe eine Blende 38 anzuordnen, deren
Innendurchmesser das gewünschte Saugvermögen bestimmt.
Fig. 2 zeigt eine einflutige Reibungsvakuumpumpe 1,
deren pumpaktive Flächen ausschließlich von Stator
schaufeln 41 und Rotorschaufeln 42 gebildet werden
(Turbomolekularvakuumpumpe). Das zweite, äußere Gehäuse
19 trägt stirnseitig den Flansch 43, der die stirnsei
tig angeordnete Verbindungsöffnung 44 umgibt. Um eine
Pumpe 1 dieser Art mit einer anderen Flanschart
und/oder Flanschgröße auszurüsten, ist es lediglich er
forderlich, das äußere Gehäuse 19 zu demontieren und
durch ein Gehäuse 19 mit dem gewünschten Flansch zu er
setzen.
Fig. 3 zeigt eine Einrichtung 51 nach der Erfindung
mit zu evakuierenden Kammern 52, 53, 54 und einer ein
schubförmigen Einheit 27, wie sie zu Fig. 1 beschrie
ben wurde. Das Gehäuse der Einrichtung - z. B. ein Kor
puskularstrahlgerät - ist im wesentlichen einstückig
ausgebildet und mit 55 bezeichnet. In unmittelbarer
Nähe der zu evakuierenden Kammern 53, 54 ist das Ge
häuse mit der Bohrung 22 ausgerüstet, in der sich der
Einschub 27 befindet. Über die Durchtrittsöffnungen 28,
35 im Gehäuse 18 des Einschubs 27 und die Verbindungs
öffnungen 36, 37 stehen die Kammern 53, 54 mit den je
weiligen Einlässen 26, 29 in Verbindung. Durch die In
tegration des Einschubs 27 im Gehäuse der Einrichtung
51 entfallen gesonderte Anschlussmittel. Die Abstände
zwischen den zu evakuierenden Kammern 53, 54 und den
Einlässen 26, 29 sind optimal klein.
Der Kern der vorliegenden Idee liegt darin, dass eine
weitgehend funktionsfähige Einheit (Einschub, Kartu
sche) einer Reibungsvakuumpumpe in einem der Applika
tion angepassten Gehäuse lösbar gehaltert ist. Das bis
her beschriebene innere Gehäuse 18 hat die Aufgabe, die
Funktionselemente der Reibungsvakuumpumpe zu der ge
wünschten Einheit zusammenzufassen. Anstelle des Gehäu
ses können auch andere Bauteile - z. B. Zuganker, Klam
mern oder dgl. - vorhanden sein, die diese Aufgabe er
füllen. Wesentlich ist, dass für die Erfüllung der
Funktionen des sonst üblichen Gehäuses beim Gegenstand
der Erfindung zwei Bauelemente 18 bzw. 19, 55 vorgesehen
sind. Bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3
werden die beiden Bauelemente von zwei konzentrischen
Gehäusen gebildet, von denen das innere der Zentrie
rung, Zuordnung und Halterung von Chassis 5, Stator 3
und Rotor 4 dient, welche dadurch den bereits betriebs
fähigen, vom äußeren Gehäuse unabhängigen Einschub bil
den. Das äußere Gehäuse 19, 55 dichtet die Vakuumpumpe
nach außen ab und dient der Verbindung mit den zu eva
kuierenden Kammern, sei es über Anschlussflansche oder
dadurch, dass es bereits Bestandteil der Einrichtung
mit den zu evakuierenden Kammern ist.
Besonders zweckmäßig ist es, beim inneren Einschub das
innere Gehäuse durch ein Zugankersystem zu ersetzen.
Dieses ermöglicht eine kompaktere Gestaltung des inne
ren Einschubs. Außerdem können vom Zugankersystem zu
sammengehaltene Bauteile einfacher hergestellt werden.
Beispielsweise übernehmen die Zuganker die Zentrierung
von Statorringen, so dass diese selbst nicht mehr mit
Zentriermitteln ausgerüstet sein müssen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele (Fig.
4: Längsschnitt durch einen Einschub 27; Fig. 5: Quer
schnitt durch einen Einschub 27 in Höhe der Öffnung 35)
für einen inneren Einschub 27 mit einem Zugankersystem
61. Dieses umfasst drei bis sechs (oder mehr) Zuganker
62 sowie Bohrungen und Gewinde in den Bauteilen
(Chassis 5, Stator 3), die vom Zugankersystem 61 zu
einer Baueinheit zusammengefügt werden sollen.
Die Fig. 4 und 5 lassen erkennen, dass sich die Öff
nung 35 über den gesamten Umfang des Einschubs 27 er
streckt und nur durch die Zuganker 62 unterbrochen ist.
Der Zugang der Gasmoleküle zum Einlass 29 der Pumpstufe
13 (in Fig. 5 in Draufsicht dargestellt) ist dadurch
nahezu ungehindert frei. Die Befestigung des äußeren
Gehäuses - sei es das zweite Gehäuse 18, das weitere
Funktionen eines Pumpgehäuses erfüllt, oder ein Gehäuse
55, das Bestandteil eines Gerätes mit zu evakuierenden
Kammern ist - erfolgt am Flansch 21 des Chassis 5.
Fig. 4 lässt den Aufbau besonders vorteilhaft gestal
teter Zuganker 62 erkennen. Sie sind zweiteilig ausge
bildet. Die vorvakuumseitigen Zugankerabschnitte 63 mit
ihren Köpfen 64 durchsetzen die Statorringe der Pump
stufe 13 und das äußere Statorelement 33 der Pumpstufe
14. Ihre mit einem Gewinde versehenen Enden sind in den
Flansch 21 des Chassis 5 eingeschraubt. Die Länge der
Köpfe 64 bestimmt die axiale Ausdehnung der Öffnung 35.
Im Bereich ihrer hochvakuumseitigen Stirnseite sind die
Köpfe 64 jeweils mit einem Innengewinde versehen, in
die jeweils hochvakuumseitige Zugankerabschnitte 65
einschraubbar sind. Ihre Köpfe 66 liegen dem obersten
Statorring der Pumpstufe 13 auf. In übrigen durchsetzen
sie die Statorringe der Pumpstufe 12 und bewirken
dadurch im eingeschraubten Zustand nicht nur eine
Verbindung der Hochvakuumstufe 12 mit den übrigen
Stufen 13 und 14 sondern auch eine Zentrierung der
Statorringe.