DE19937392A1 - Reibungsvakuumpumpe mit pumpaktiven Elementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe (1) mit pumpaktiven Elementen, die in einen Schöpfraum (25) im in Richtung Pumpenauslass (23) abnehmenden Querschnitt hineinragen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen bestehen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum (25) zugewandten Ringflächen befestigt sind; um die Pumpeneigenschaften zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Form von zumindest einem Teil der Ringflächen der Abnahme des Förderquerschnittes des Schöpfraumes (25) angepasst ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe mit pumpaktiven Elementen, die in einen Schöpfraum mit in Richtung Pumpenauslass abnehmendem Querschnitt hin­ einragen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen beste­ hen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum zugewandten Ringflächen befestigt sind.

Bei Reibungsvakuumpumpen dieser Art, wie sie z. B. aus der DE-A-44 38 812 bekannt sind, nimmt der kreisring­ förmige Querschnitt des Schöpfraumes vom Einlass zum Auslass stufenförmig ab. Die im Bereich der Stator- und Rotorschaufeln geförderten Gase haben ein molekulares Strömungsverhalten. Die der Einlassseite zugewandten Ringflächen der Stufen stellen deshalb Stoßflächen dar, die den Anteil derjenigen Moleküle erhöhen, die eine entgegen der Förderrichtung gerichtete Bewegungskompo­ nente haben. Diese Stoßflächen beeinträchtigen die Lei­ stungsdaten der Reibungsvakuumpumpe.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpeigenschaften (Saugvermögen, Kompressionen) ei­ ner Reibungsvakuumpumpe der eingangs genannten Art zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Infolge der Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maß­ nahmen wird eine maßgebliche Reduzierung solcher Stoß­ flächen erreicht, die den auftreffenden Molekülen nach ihrem Aufprall eine Bewegungskomponente geben, die der gewünschten Förderrichtung entgegen gerichtet ist.

Üblicherweise sind die Rotorschaufel bzw. Rotorschau­ felreihen Bestandteile des im wesentlichen einstückig ausgebildeten Rotors, der bei der Pumpe nach dem Stand der Technik eine gestufte zylindrische Rotoraußenfläche hat. Die Erfindung wird dadurch realisiert, dass die Form der dem Schöpfraum zugewandten Rotoraußenfläche dem abnehmendem Querschnitt des Schöpfraumes angepasst ist. Dieses gilt zweckmäßig nicht nur für die Ringflä­ chen, die die Rotorschaufeln tragen, sondern auch für die ringförmigen Rotoraußenflächen, die sich zwischen den Rotorschaufelreihen erstrecken. Um eine effektive Pumpwirkung zu erreichen, sind die Stirnseiten der Sta­ torschaufeln, die sich bis zur Rotoraußenfläche er­ strecken, der besonderen Form der Rotoraußenfläche an­ gepasst.

Zweckmäßig sind die Statorschaufelreihen Bestandteil von Statorringen (oder Statorhalbringen), die aus zwei zentrischen Ringen (oder Ringhälften) bestehen, zwi­ schen denen sich die Schaufeln erstrecken. Die beiden Ringe weisen jeweils einander zugewandte Ringflächen auf, die die dazwischen befindlichen Schaufeln tragen. Zweckmäßig sind diese Ringflächen derart geneigt ge­ staltet, dass das gewünschte Ziel - Anpassung an den abnehmenden Förderquerschnitt in Richtung Auslass - er­ reicht wird.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei einer Rei­ bungspumpe angewendet werden, bei der einer ersten hochvakuumseitigen Turbomolekularpumpstufe eine zweite vorvakuumseitig gelegene Molekularpumpstufe folgt. Bei Reibungspumpen dieser Art ist der Übergang von der Tur­ bomolekularpumpstufe zur Molekularpumpstufe bzw. von molekularer zu viskoser Strömung kritisch. Durch die Anwendung der Erfindung im Bereich der vorvakuumseiti­ gen Schaufelreihe (Füllstufe) wird nicht nur ein effek­ tiv wirkender Förderkanal verwirklicht; die Erfindung erlaubt es auch, den Förderkanal radial umzulenken, was notwendig ist, wenn z. B. der Ringkanal der Molekular­ pumpstufe einen größeren Durchmesser hat als der Außen­ durchmesser des Schöpfraumes der Turbomolekularpumpstu­ fe.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 10 erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Reibungsvaku­ umpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 die Ansicht einer inneren Ringfläche ei­ nes Statorschaufelringes,

Fig. 3 und 4 Schnitte durch den Schaufelring nach Fig. 2 mit unterschiedlichen Gestaltun­ gen der inneren Ringfläche und der Schaufeln,

Fig. 5 eine weitere Ausführung für eine Stator­ schaufelreihe,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Statorhalbring mit einem äußeren und einem inneren Ring sowie Fig. 7 bis 10 Schnitte durch den Statorhalbring nach Fig. 3 mit unterschiedlich gestalteten, die Schaufeln tragenden Ringflächen.

Die in Fig. 1 dargestellte Reibungsvakuumpumpe 1 um­ fasst ein Basisteil 2, ein Gehäuse 3, einen Stator 4 und einen Rotor 5. Die Achse der Pumpe ist mit 6 be­ zeichnet. Einlassseitig (Einlass 7) ist die Pumpe 1 mit einer Turbomolekularpumpstufe ausgerüstet, die einander abwechselnde Rotorschaufelreihen 8 bis 12 und Stator­ schaufelreihen 14 bis 18 umfasst. An die Turbomoleku­ larpumpstufe schließt sich eine Molekularpumpstufe an, die aus einem rotierenden Rohrabschnitt 21 und einem statorseitigen Gewinde 22 (Holweckpumpe) besteht. Je nach dem, ob der Förderkanal der Molekularpumpstufe am unteren Ende des Rotorabschnittes 21 endet oder sich auf seiner Rückseite fortsetzt, ist der Auslass 23 der Pumpe 1 unterschiedlich angeordnet (Pfeile 23, 23').

Die Rotorschaufelreihen 8 bis 12 sind Bestandteile des einstückig ausgebildeten Rotors 5. Umlaufende Ringflä­ chen tragen jeweils die Schaufeln der jeweiligen Schau­ felreihen. Die Statorschaufelreihen 14 bis 18 weisen jeweils äußere, in Querschnitt etwa rechteckförmige Ringe auf, die zusammen mit Distanzringen 24 den vom Gehäuse 3 zentrierten Stator 4 bilden.

Der Schöpfraum der Reibungspumpe 1 ist mit 25 bezeich­ net. Vom Einlass 7 bis zum unteren Ende des Rohrab­ schnittes 21 nimmt sein ringförmiger Querschnitt ab.

Um im Bereich der Turbomolekularpumpstufe die bisherige stufenförmige Abnahme des Schöpfraumquerschnittes durch eine mehr oder weniger kontinuierliche Abnahme zu er­ setzen, werden nach der Erfindung die Rotoraußenfläche und/oder die Statorinnenfläche modifiziert. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen einige in den Fig. 1 bis 10 dargestellt sind.

Bei den Rotorschaufelreihen 8, 11 und 12 handelt es sich um Lösungen nach dem Stand der Technik. Die Ring­ flächen des Rotors, welche die Rotorschaufeln tragen, sind zylindrisch; die äußeren Stirnseiten der Rotor­ schaufeln liegen ebenfalls auf einer Zylinderfläche.

In Höhe der Rotorschaufelreihen 9 und 10 hat die Rotor­ außenseite eine der Abnahme des Schöpfraumquerschnittes entsprechende konische Form. Diese Form hat auch die Ringfläche der Rotoraußenseite, die sich in Höhe der Statorschaufelreihe 14 befindet.

Die Fig. 2 bis 5 lassen verschiedene Varianten von Statorschaufelringen erkennen, die aus einem äußeren Ring und jeweils den davon getragenen Schaufelreihen bestehen. Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Innenfläche des äußeren Ringes (Abwicklung), aus der die Schaufeln hervorragen.

Fig. 3 zeigt eine Lösung nach dem Stand der Technik. Die Innenseite der Ringfläche 31 des äußeren Ringes 32 ist zylindrisch. Dieses gilt auch für die Lage der in­ neren Stirnflächen 33 der Schaufeln 34.

Die Fig. 4a und 4b zeigen Ausführungen, bei denen die Innenfläche 35 des äußeren Ringes 36 eine konische Form hat. Dieses gilt auch für die Stirnseiten 37 der Schaufeln 38, die der konischen Form der Rotoraußensei­ te angepasst sind. Durch unterschiedliche Neigungswin­ kel kann erreicht werden, dass der Schöpfraum 25 einen kontinuierlich abnehmenden Förderquerschnitt hat. Unterschiedlich zwischen den Ausführungen nach den Fig. 4a und 4b ist, dass bei der Ausführung nach Fig. 4a der Radius des Förderquerschnittes zunimmt, während er bei der Lösung nach Fig. 4b abnimmt.

Um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, ist eine streng kontinuierliche Abnahme des Förderquerschnittes nicht unbedingt erforderlich. Wesentlich ist die Ver­ meidung von der Förderrichtung zugewandten Stoßflächen für die Moleküle. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Statorschaufelring mit Statorschaufelreihe 41 und äußerem Tragring 42, dessen radiale Abmessung in Förderrichtung diskontinuierlich abnimmt. Maßgebend ist die Gestaltung der Innenfläche 43, die einlassseitig Zylinderform hat und auslassseitig mit einer etwa der Form eines Viertelkreises entsprechenden Aussparung 44 ausgerüstet ist. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4a liegen die Stirnseiten 45 der Schaufeln der Schaufelreihe 41 ebenfalls auf einer Konusfläche, die der Rotoraußenseite angepasst ist.

Fig. 6 zeigt einen Statorhalbring mit einem äußeren Ring 51 und einem inneren Ring 52, zwischen denen sich eine Schaufelreihe befindet.

Die vergrößerte Schnittdarstellung nach Fig. 7 zeigt eine Lösung nach dem Stand der Technik. Die Innenfläche 53 des Außenringes 51 sowie die Außenfläche 54 des In­ nenringes 52, welche die Schaufelreihe 55 tragen, sind zylindrisch.

Die Lösung nach Fig. 8 weist einen Außenring 56 mit zylindrischer Innenfläche 57 sowie einen Innenring 58 mit konischer Außenfläche 59 auf. Die dazwischen be­ findliche Schaufelreihe ist mit 60 bezeichnet. Diese Gestaltung entspricht der Gestaltung der Statorschau­ felringe 15, 16 und 17 der Reibungsvakuumpumpe 1 nach Fig. 1.

Die Fig. 9 und 10 zeigen Lösungen, die - wie die Ausführungen nach den Fig. 4a, 4b und 5 - neben der Erwirkung der gewünschten Abnahme des Förderquerschnit­ tes des Schöpfraumes 25 auch eine radiale Umlenkung des Förderstromes ermöglichen, so dass sie als Füllstufen für die Molekularpumpstufe besonders geeignet sind. So­ wohl die Innenfläche 61 des Außenringes 62 als auch die Außenfläche 63 des Innenringes 64, welche die Schaufel­ reihe 65 tragen, sind geneigt, und zwar derart, dass der Förderstrom radial nach innen gelenkt wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 10 sind die Innenfläche 6b des Außenringes 67 sowie die Außenfläche 68 des In­ nenringes 69 im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 9 in anderer Richtung geneigt, so dass eine Umlenkung des Förderstromes radial nach außen eintritt. Diese Ausfüh­ rung entspricht der Gestaltung der Schaufelreihe 18 in der Pumpe 1 nach Fig. 1.

Claims (11)

1. Reibungsvakuumpumpe (1) mit pumpaktiven Elementen, die in einen Schöpfraum (25) im in Richtung Pum­ penauslass (23) abnehmenden Querschnitt hineinra­ gen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen beste­ hen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum (25) zugewandten Ringflächen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Form von zumindest einem Teil der Ringflächen der Abnahme des Förderquer­ schnittes des Schöpfraumes (25) angepasst ist.

2. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die der Abnahme des Förderquer­ schnittes angepassten Ringflächen eine in Bezug auf die Achse der Pumpe (1) konische Form haben.

3. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Ro­ torschaufelreihen des Rotors (5) und/oder zwischen den Statorschaufelreihen des Stators (4) erstrec­ kende Ringflächen ebenfalls der Abnahme des För­ derquerschnittes angepasst sind.

4. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Statorschaufelringe einen äusseren Ring aufweisen, der die Stator­ schaufeln trägt.

5. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die innere Ringfläche dieser Ringe der Abnahme des Förderquerschnittes ange­ passt ist.

6. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die inneren Stirnseiten der Schaufeln der Statorschaufelreihen der Neigung der Rotoraussenfläche angepasst sind.

7. Reibungsvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äusse­ ren Stirnseiten der Schaufeln der Rotorschaufel­ reihen der Neigung der Statorinnenfläche angepasst sind.

8. Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator­ schaufelringe einen äusseren und einen inneren Ring aufweisen, zwischen denen sich die Schaufeln befinden.

9. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Innenfläche des äusseren Ringes und/oder die äussere Fläche des Innenringes der Abnahme des Förderquerschnittes angepasst sind.

10. Reibungsvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Turbomolekularpumpstufe eine Molekularpump­ stufe anschließt.

11. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Molekularpumpstufe eine Füllstufe zugeordnet ist, die aus einem Stator­ schaufelring nach den Ansprüchen 8 oder 9 besteht.