DE19930952A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vakuumpumpe, welche aus einer zweiflutigen Gasreibungspumpe (6) und (7) und aus einer nachgeschalteten Pumpe (9) besteht. Die Gasströme der zweiflutigen Gasreibungspumpe werden innerhalb der Pumpe durch Verbindungselemente (26) zusammengeführt und durch die nachfolgende Pumpe (9) auf Atmosphärendruck verdichtet. Die Gasreibungspumpe ist vorteilhafterweise als zweiflutige Holweckpumpe und die nachgeschaltete Pumpe als Seitenkanalpumpe ausgebildet. Die kompakte Bauweise der Pumpe wird noch ergänzt durch die Tatsache, daß die Statorelemente (15) der Seitenkanalpumpe aus ungeteilten Scheiben bestehen. Diese Bauweise wird ermöglicht durch Rotorscheiben (13), welche durch Klemmringe (14) auf dem Rotor (4) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe zur Förderung von Gasen und zur Erzeu­ gung von Hochvakuum nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Zur Erzeugung von Hochvakuum sind Kombinationen von verschiedenen Typen von Vakuumpumpen notwendig, da der weite Druckbereich zwischen Atmosphärendruck und ca. 10^-4 mbar oder kleiner mehrere Strömungsbereiche umfaßt, in denen die physikalischen Eigenschaften von Zuständen und Strömungen der Gase jeweils an­ deren Gesetzen unterworfen sind.

Seither wurden zur Erzeugung von Hochvakuum mindestens zwei Vakuumpumpen unterschiedlicher Bauart und Arbeitsweise zu einem Pumpstand zusammengefügt. Bewährt haben sich zum Beispiel Pumpstände, bestehend aus einer Turbomoleku­ larpumpe als Hochvakuumpumpe und einer Drehschieberpumpe, welche gegen At­ mosphärendruck ausstößt. Pumpstände, bestehend aus mindestens zwei Vakuum­ pumpen, welche zum Erzielen der geforderten vakuumtechnischen Größen, wie Druckverhältnis und Saugvermögen, notwendig sind, weisen den Nachteil auf, daß sie aufwendig sind und einen großen Platzbedarf haben. Jede Pumpe erfordert ein eigenes Antriebssystem mit Stromversorgung, -überwachung und -regelung sowie ein eigenes Lagersystem. Verbindungsleitungen zwischen den Pumpen mit Ventilen und Regeleinrichtungen vergrößern den Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe zu entwickeln, welche den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis Hochvakuumdruck von ca. 10^-4 mbar und kleiner umfaßt. Die Pumpe soll aus einem Stück bestehen und einen kompakten Aufbau aufweisen, so daß die oben beschriebenen Nachteile, welche Pumpständen anhaften, die aus mehreren Pumpen bestehen, vermieden werden. Weiterhin soll sie ein ausreichend hohes Druckverhältnis und Saugvermögen aufwei­ sen, um den Anforderungen im praktischen Einsatz gerecht zu werden. Eine zuver­ lässige und sichere Betriebsweise ist eine der Grundvoraussetzungen. Als weiteres Ziel wird ein schmiermittelfreier Betrieb auf der Hochvakuumseite angestrebt.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2-6 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Vakuumpumpe vorgestellt, die in kompakter Bauweise den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis in den Hochvakuumbereich abdeckt. Durch die parallele Anordnung der Gasreibungspum­ pen auf der Hochvakuumseite wird ein zweiflutiger Ansaugbereich gebildet, der ein hohes Saugvermögen ermöglicht. Innerhalb der Gasreibungspumpe wird das ange­ saugte Gas ausreichend verdichtet, so daß die nachfolgende Pumpe nur noch einflu­ tig zu sein braucht. Diese Kombination zusammen mit dem Merkmal, daß die beiden Gasströme der Gasreibungspumpe innerhalb dieser zusammengeführt und dem An­ saugraum der nachfolgenden Stufe zugeführt werden, ermöglicht die kompakte Bauweise und reduziert die Baugröße und den konstruktiven Aufwand erheblich. Da­ durch, daß die vorliegende Anordnung es ermöglicht, die Wellenlager an beiden En­ den des Rotors anzubringen, ergibt sich eine stabile Lagerung, bei der Lager mit ge­ ringem Durchmesser eingesetzt werden können, welche einen problemlosen Betrieb bei hohen Drehzahlen erlauben. Außerdem sind die Lager durch die Gasreibungs­ pumpe von der Hochvakuumseite getrennt, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Hochvakuumseite als schmiermittelfrei angesehen werden kann.

Die bauliche Anordnung und die Betriebsweise bieten an, die Gasreibungspumpe als Holweckpumpe auszubilden. Diese eignet sich besonders dazu, auf engem Raum ein maximales Druckverhältnis auszubilden. Durch die zweiflutige Anordnung wird das geforderte Saugvermögen erreicht.

Für die nachfolgende Pumpe wird vorteilhafterweise eine Seitenkanalpumpe ver­ wendet. Diese eignet sich besonders dazu, daß von den parallelen Gasreibungs­ pumpen ausgestoßene Gas bis Atmosphärendruck zu verdichten.

Ein großer Vorteil für die Seitenkanalpumpe ist es, daß deren Statorelemente aus ungeteilten Scheiben bestehen, wie in Anspruch 5 erwähnt. Die übliche Bauweise, bei der geteilte Scheiben zwischen die Rotorscheiben montiert werden, hat zur Fol­ ge, daß durch die entstehenden Spalte Rückströmungen ermöglicht werden, welche Verluste darstellen und das Druckverhältnis erheblich vermindern. Dieser entschei­ dende Nachteil von Seitenkanalpumpen wird durch die erfindungsgemäßen einstüc­ kigen Statorscheiben vermieden. Die Verwendung von ungeteilten Statorelementen ist jedoch nur möglich, wenn die Rotorelemente, wie in Anspruch 6 beschrieben, mit Klemmringen auf dem Rotor befestigt werden, denn nur so können Rotor- und Sta­ torelemente nacheinander montiert und optimale Axialspiele eingehalten werden.

Anhand der einzigen Abbildung soll die Erfindung näher erläutert werden. Bei diesem Beispiel ist die Gasreibungspumpe als Holweckpumpe und die nachfolgende Pumpe als Seitenkanalpumpe ausgebildet.

In dem Pumpengehäuse 1 mit Ansaugflansch 2 und Gasausstoßflansch 3 sind die beiden parallelen Stufen der Gasreibungspumpe nach der Bauart von Holweck 6 und 7 und die Seitenkanalpumpe 8 untergebracht. Die Rotorelemente 10, 11a, 11b und 13 der beiden Pumpen befinden sich auf der gemeinsamen Welle 4. Diese ist in den beiden Lagern 9a und 9b zentriert. Dabei befindet sich das Lager 9a im Bereich des Atmosphärendruckes und das Lager 9b im Bereich des Vorvakuumdruckes. In die­ sem Bereich befindet sich auch die Antriebsanordnung 5. Die Rotorelemente der zweiflutigen Holweckpumpe bestehen aus einem Tragring 10, auf welchem zylindri­ sche Bauteile 11a und 11b für die beiden parallelen Pumpstufen untergebracht sind. Zusammen mit den Statorelementen 12a und 12b, welche als Spiralrillen ausgebildet die zylindrischen Rotorelemente 11a und 11b umgeben, bilden sie jeweils zwei zwei­ stufige Holweckpumpen.

Die Seitenkanalpumpe besteht aus den einstückigen Rotorscheiben 13, welche mit Klemmringen 14 auf dem Rotor 4 befestigt sind. Dazwischen befinden sich die Sta­ torbauteile 15 mit den Förderkanälen 16.

Die Gasförderung erfolgt entsprechend den in der Abbildung eingetragenen Pfeilen. Zunächst wird das Gas von dem Ansaugbereich 22 über die parallel pumpenden Holweckstufen 6 und 7, welche aus jeweils zwei in Serie geschalteten Pumpstufen 11a/12a und 11b/12b bestehen, in die Ausstoßbereiche 23 und 24 gefördert. Durch Verbindungselemente 26 zwischen diesen beiden Bereichen werden die Gasströme in den Ausstoßraum 25 der Gasreibungspumpe zusammengeführt. Über Verbindungselemente 28 gelangt der Gasstrom von dem Ausstoßraum 25 in den An­ saugraum 27 der Seitenkanalpumpe. Hier wird das Gas in mehreren Pumpstufen, welche über Kanäle 20 miteinander verbunden sind, bis auf Atmosphärendruck ver­ dichtet und über den Ausstoßraum 29 dem Gasausstoßflansch 3 zugeführt.

Claims (6)

1. Vakuumpumpe, bestehend aus zwei ein- oder mehrstufigen Gasreibungspumpen (6) und (7) und einer mehrstufigen nachgeschalteten Pumpe (8), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Gasreibungspumpen in Strömungsrichtung parallel angeordnet sind derart, daß der angesaugte Gasstrom im Ansaugbereich (22) in zwei Teilströme geteilt wird und jeder dieser Teilströme durch die zugeordnete Gasreibungspumpe von dem Ansaugbereich (22) zu dem jeweiligen Ausstoßbe­ reich (23) bzw. (24) gefördert wird und anschließend die beiden Gasströme über Verbindungselemente (26) in einem Ausstoßraum (25) zusammengeführt werden und daß der Ausstoßraum mit dem Ansaugraum (27) der nachgeschalteten Pumpstufe (8) über Leitungen (28) verbunden ist derart, daß die nachgeschaltete Pumpstufe das Gas weiter verdichtetet und in einen weiteren Ausstoßraum (29) fördert.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gas­ reibungspumpen (6) und (7) nach der Bauart von Holweck ausgebildet sind.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungselemente (26) aus axialen Bohrungen bestehen, die innerhalb der Gas­ reibungspumpe (6) und (7) angebracht sind.

4. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nachgeschaltete Pumpe (8) eine Seitenkanalpumpe ist.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorele­ mente (15) der Seitenkanalpumpe aus ungeteilten Scheiben bestehen.

6. Vakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor­ elemente (13) der Seitenkanalpumpe mittels Klemmringen (14) auf der Rotor­ welle (4) befestigt sind.