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Molekularpumpe Die Erfindung bezieht sich auf Molekularpumpen, bei
denen die Förderung des su pumpenden Gases auf der äußeren RCie bung des Gases an
bewegten Wandteilen der Pumpe beruht.
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Bekannt sind Anordnungen, wie sie von Gaede in der deutschen Patentschrift
239 213 und in den Annalen der Physik 41, 337 (1913) beschrieben worden sind.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird zunächst eine einfache, einstufige
Molekularpumpe nach des bekannten Stand der Technik anhand der Figuren 1 und 2 näher
beschrieben. Figur 1 neigt einen Schnitt naoh Linie AB der Figur 2.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt nach Linie CD der Figur 1.
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Die Pumpe weist in einem Gehäuse 1 einen Rotor 2 auf, welcher Uber
eine Welle 3 angetrieben wird. Der Rotor besitzt an seinem Umfang einen Gasförderkanal
4, wobei die Eintrittsseite für das zu pumpende gas von der Austrittsseite durch
einen Trennkörper 5 getrennt wird. Die Richtung des Gasstroms und die Drehrichtung
des Rotors sind durch Pfeile angegeben. Das Gas wird Uber den Ansau-al 6 des Förderkanal
4 zugeführt, durch die Reibung an dessen Wänden mitgenommen und verläßt die pumpe
durch den Ausstoßkanal 7.
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Nach der Theorie der Molekularpumpen ergibt sich für das Saugvermögen
ein etwa linearer Zusammenhang mit der Relativgeschwindigkeit der Wände. Im Beispiel
der Figuren 1 und 2 werden die Winde von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 und
der Oberfläche des Rotors 2 gebildet, d.h., das Saugvermögen ist theoretisch proportional
der Drehzahl des Rotors.
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Zur Erhöhung des saugvermögens können mehrere Förderkanäle an einem
einzigen Rotor angebracht und parallel geschaltet werden. Dar Kompressionsverhältnis,
das ist das Verhältnis des Ausstoßdruckes zum Ansaugdruck, steigt etwa exponentiell
itt der Drehzahl des Rotors. Es ist außerdem von der Molekülmasse des gepumpten
Gases abhängig. Zur Erhöhung des Kompressionsverhältnisses können mehrere der beschriebenen
Pumpstufen in Reihe geschaltet werden, die zweck.
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mäßigerweise obenfalls auf demselben Rotor untergebracht sind, wobei
der Ausstoßkanal einer vorangehenden Pumpstufe mit dem Ansaugkanal der nächstfolgenden
verbunden ist.
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Bau tman eine Molekularpumpe mit hohem Saugvermögen, also itt hoher
Drehzahl des Rotors und mit tiefen Förderkanälen, um einen großen Förderquerschnitt
zu erhalten, zeigt sich, daß die gemessenen Werte des saugvermögens bzw. des Kompressionsverhältnisses
nicht den Werten entsprechen, welche auf Grund der Theorie der Molekularpumpen su
erwarten wären.
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Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, daß bei den hohen Umfagsgeschwindigkeiten
des Rotors das aas den Förderkanal an der Austrittsseite nicht schnell genug verlassen
kann und sich deshalb unmittelbar vor dem Trennkörper staut, was infolge des dadurch
aufgebauten Druckes zu hohen Rückströmverlusten ii Dichtungsspalt 8 zwischen dem
Trennkörper 5 und der Oberfläche des Rotors 2 fahrt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Verbesserung der beschriebenen
Molekularpumpenkonstruktion in Bezug auf Saugvermögen und Kompressionsverhältnis
zum Ziel gesetzt.
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Die Erfindung betrifft eine Molekularpumpe, bei welcher in einem Pumpengehäuse
ein an seinem Umfang wenigstens einen in sich geschlossenen, ringförmigen Förderkanal
aufweisender Rotor angeordnet ist, wobei in den genannten Förderkanal ein die Ansaug-
und Ausstoßseite der Pumpe gegeneinander
abdichtender Trennkörper
hineinragt und ist dadurch gekennzeichnet, daß'der trennkörper auf der Ausstoßseite
mit einer Zunge vorsehen ist, die gegen die laufrichtung des Rotors in den Förderkanal
ragt.
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Der erfindungsgemäße Trennkörper wird vorteilhaft so ausgebildet,
daß die Länge des Dichtungssplates zwischen Rotor und Trennkörper mit Zunge großer
ist als die radiale Tiefe des Förderkanals. Die Oberseite der Zunge steigt allmählich
vom Boden des Förderkanals Dur Ausstoß seite an. Die Zunge besitzt vorzugsweise
einen sichelförmigen Querschnitt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Trannkörpers werden die
Rückströnverluste im Dichtungsspalt zwischen trennkörper und Rotor wesentlich vermindert,
wodurch Werte für das Saugvermögen und das Kompressionsverhältnis erreicht werden,
welche nahe bei den theoretischen Erweartungen liegen. Der durch die Erfindung erzielt.
Fortschritt beruht vermutlich auch darauf, daß die gegen die Laufrichtung des Rotors
in den Förderkanal hineinragende Zunge das geförderte Gas beim Betrieb der Pumpe
allmählich vom Boden des genannten Kanals abhebt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf Molekularpumpen
mit einer Vielzahl von an eines Rotor angebrachten, in sich geschlossenen Förderkanälen,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die einzelnen Förderkanäle oder Gruppen von
parallel geschalteten Förderkanäle voneinander durch Zwischenwände getrennt sind,
die aus Ringsegmenten zusammengesetzt sind. Die einzelnen Zwischenwände werden im
Pumpengehäuse durch Distanzringe fixiert.
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Zur näheren frläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Abbildungen.
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Figur 3 und 4 zeigen eine Molekularpumpe mit einem erfindungsgemäßen
Trennkörper 9. Die Ansichten und die Ubrigen Bezeichnungen entsprechen denen der
Figur 1 und 2.
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Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel ei.
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ner erfindungsgemäßen Molekularpumpe mit zwei zwischen Ansaug- und
Ausstoßseite parallel geschalteten Kompressionsstufensätzen. Jeder der Kompressionsstufensätze
besteht aus drei hintereinander geschalteten Kompressionsstufen, die ihrerseits
aus mehreren parallel geschalteten Förderstufen, ähnlich Figur 9 und 4 bestehen.
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Figur 5 seigt einen Schnitt durch eine Molekularpumpe nach Linie EF
in Figur 6.
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Figur 6 zeigt einen Schnitt durch eine Molekularpumpe nach Linie GH
in Figur 5.
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Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine Molekularpumpe nach Linie IK
in Figur 6.
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Die Pumpe besteht aus dem Gehause 10, das von den Lagerschilden 11,
die die Lager 12 des Rotors tragen, abgeßohlossen ist. Der Rotor besteht aus einer
Welle 13 und darauf befestigten Gruppen von ebenen Scheiben 14, welche die Förderkanäle
15 begrenzen. In die Förderkanäle 15 ragen die Zähne eines Kammes 16, welche von
den sichelförmigen Trennkörpern 17 gebildet werden. Die Pumpe ist bezüglich der
Anusug (is) und Ausstoßseite 19 symmetrisch aufgebaut. Das abzupumpende Gas tritt
in den Saugstutzen 20 in der Mitte des Gehäuses ein und wird in der ersten Pumpstufe
Çbut Beispiel von 7 parallel geschalteten Förderkanälen) vom Raum I in den Raum
II gefördert und verdichtet. Um Raum II befinden sich die Ausstoß seite der ersten
Pumpstufe und gleichzeitig die Ansaugseiten der zweiten Pumpstufen (im Beispiel
je drei parallel geschaltete Förderkanäle). Die Ausstoßseiten der zweiten Pumpstufen
in die Räume III, in denen auch die Ansaugseiten der dritten Pumpstufen (im
Beispiel
zwei parallel geschaltete Förderkanäle) angeordnet sind. Die Ausstoßseiten IV der
dritten Pumpstufen münden in den Kanal 21, der mit Hilfe des PJanaohes 22 an eine
nicht dargestellt. Vorpumpe angeschlossen wird. Die Richtung des Gasstroms in der
Pumpe und die Drehrichtung des Rotors sind durch Pfeile angegeben. Die Abdichtung
dor drei Punpstufen untereinander erfolgt durch ringförmige Scheiben 23, welche
mit Hilfe von Distanzringen 24 und des Kamm t6 im Gehäuse 10 befestigt sind. Die
ringförmigen Scheiben 23 können aus Ringsegmenten bestehen. An ihrem inneren Umfang
werden die Scheiben 23 bis auf einen geringen Dichtungsspalt an die Rotorberfläche
herangeführt.
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Die Abdichtung der Saugseiten der Pumpstufen gegeneinander außerhalb
des zylindrischen Arbeitsraumes der Pumpe erfolgt durch L.itbleche 25. Diese Leitbleche
as sind itt des Kamm 16 und den Scheiben 23 verbunden und bilden Kanäle 26, die
den Gasstrom von den Ausstoßseiten der vorhergehenden zu den Ansaugseiten der nachfolgenden
Pumpstufen leiten. Die Kanäle 26 werden durch den Deckel 27 verschlossen.
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Die Welle 13 besitzt an den Stellen, an denen die Scheiben 23 die
Abdichtung der Pumpstufen bilden, vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als
der Innendurchmesser der Förderkanäle. Dadurch wird der Dichtungsspalt zwischen
den Scheiben 14 und 23 verlängert und die unerwUnsohte Gasstrtkaung duroh den Spalt
verringert. In den Räumen 28 befinden sich weitere Scheiben 29, die die Abdichtung
zwischen den Ausstoßräumen IV der dritten Pumpstufen und den üblicherweise ölgeschmierten
Lagern 12 bilden.
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D.r Antrieb der Pumpe kann über eine vakuumdichte Drehdurchführung
von außen erfolgen. Die Drehdurchführung kann man vermeiden, wenn zumindest der
Rotor des Antriebsmotors im Raum 28 untergebracht wird, der dann entsprechend zu
vergrößern ist. Der Motor kann z.B. ein kollektorloser Gleichstrommotor oder ein
Drehfeldmotor sein.