DE2412624C2 - Molekularvakuumpumpenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Molekularpumpenanordnung.

Diese Pumpen werden vielfach als Sekundärpumpen eingesetzt wegen ihrer Fähigkeit, auf wirksame Weise öldämpfe abzuhalten, die vom Primärvakuum zurückgestreut werden können.

Es ist bekannt, daß Turbomolekularpumpen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, wenn es sich um das Abpumpen von schweren Gasen, insbesondere von öidämpfen, handelt, daß jedoch andererseits ihre Leistung bei Vorhandensein eines leichten Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, sehr schwach ist; Wasserstoff findet sich nun aber in beträchtlichen Anteilen stets in der Restatmosphäre von geschlossenen Räumen, in denen ein Bakuum hergestellt werden soll.

So würde beispielsweise eine Turbomolekularpumpe mit 16 Stufen und einer Verdichtung von 10⁸ für Stickstoff eine vollkommen ausreichende Ausscheidung von schweren Dämpfen wie beispielsweise öldämpfen herbeiführen, jedoch ist leicht auszurechnen, daß die Verdichtung für Wasserstoff nur bei etwa 10' läge, was in zahlreichen Fällen ungenügend ist.

Es ist leicht einzusehen, daß es zur Erzielung einer Verdichtung von 10⁸ bei Wasserstoff notwendig wäre. 3,7mal soviele Stufen zur Verfügung zu haben, d. h. eine Pumpe mit 59 oder 60 Stufen, was untragbar wäre.

Andererseits ist bekannt, daß diese Turbomolekularpumpen den großen Vorteil bieten, einen praktisch konstanten Durchsatz zu erbringen, unabhängig von der Molekülmasse der gepumpten Gase.

Aus der CH-PS 2 22 288 geht eine Trommel-Molekularpumpe nach Holweck hervor, die eine zylindrische hohle Trommel aufweist, welche mit großer Geschwindigkeit und geringem Spiel in einem Stator läuft. Auf den zylindrischen Flächen des Stators oder des Rotors oder von beiden werden mehrere schraubenförmige Nuten eingeschnitten, deren Tiefe in Richtung auf die Druckseite der Pumpe abnimmt, die für ein gegebenes Gas die Verdichtung bestimmen und deren Querschnitt den Durchsatz festlegt.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Molekularvakuumpumpenanordnung zu schaffen, die eine Anpassung an unterschiedliche zu pumpende Gase erleichtert. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Molekularvakuumpumpenanordnung gelöst. Durch die bauliche Vereinigung zweier Pumpen unterschiedlicher Bauweise kann man nicht nur die Vorzüge beider Pumpentypen in einem kompakten Aufbau vereinen, sondern auch die Kennwerte der beiden Pumpen optimal aufeinander abstimmen. Man erreicht dann mit einer minimalen Anzahl von Turbostufen eine deutliche Druckerhöhung am Eingang der Trommelpumpe nach Holweck und damit eine spürbare Verbesserung des Massedurchsatzes dieser letzteren Pumpe.

So ist eine Pumpenanordnung geschaffen, die alle Anforderungen durch eine leicht durchzuführende Anpassung erfüllt. Der sich aus einer solchen Anordnung ergebende Vorteil zeigt sich besonders darin, daß eine solche Anordnung in großer Serie und mit einem im Vergleich zu einer für spezielle Anforderungen sondergefertigten Pumpe erheblich gesenkten Preis hergestellt werden kann.

Da gewindeartige Nuten auf dem Stator der Molekularpumpe nach Holweck vorgesehen sind, kann die Trommel selbst vollkommen glatt gelassen werden. Es ist dann günstig, eine hängende Bauweise vorzusehen, um das Ausbauen aes Stators des Trommel-Molekularpumpenelements zu erleichtern.

Im nachfolgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung an Hand der einzigen Figur näher beschrieben, die einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Molekularpumpenanordnung darstellt.

Ein Motor 10 versetzt eine Welle 1 in schnelle Umdrehung. Ein Achslager 2 mit in seinem Inneren verlaufenden Kanälen umgibt die Welle 1. Ein Gehäuse 3 schützt das Achslager 2. Es ist mit dem ausbaubaren Statorelement 4 mithilfe von Schrauben 23 verbunden.

Die Pumpwirkung wird erreicht, indem die Gase in Richtung auf ein Turbo-Molekularpumpenelement 8 bewegt werden, das einen mit der Welle 1 durch eine Schraube 7 verbundenen Rotor 6 umfaßt, der in einem durch einen Flanschbügel Il gehaltenen Stator 9 rotiert. Zu diesem Turbo-Molekularpumpenelement 8 gehört eine bestimmte Anzahl von Stufen 20, die mit nicht hier dargestellten Schaufeln versehen sind. Die Molekularpumpe 12 nach Holweck besteht aus einem zylindrischen glatten Rotor 14, der die Fortsetzung des Rotors 6 bildet, von dem er ein Teil ist, und aus dem ausbaubaren Stator 4, der den zylindrischen Rotor 14 umgibt. Auf der Innenwandung des Statorclements 4 gegenüber dem zylindrischen Rotor 14 sind Mehrfachnuten wie beispielsweise 16,17,18,19 usw. eingearbeitet, deren Tiefe vom Ansaugende zum Ausstoßende der Pumpe hin abnimmt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Stator mit sechs parallel verlaufenden schraubenförmigen Nuten abnehmender Tiefe versehen.

Vorteilhailerweise wird eine Turbomolekularpumpe mit vier Stufen verwendet, die bei einem Durchsatz von so praktisch Null einen Verdichtungsgrad für Stickstoff von etwa 100 liefert. Diese Pumpe würde allein lediglich ein unzureichendes Vakuum erzeugen. Aber ein Verdichtungsgrad von etwa 100 für Stickstoff ermöglicht es, die in Strömungsrichtung liegende Molekularpumpe nach Holweck unter sehr vorteilhaften Bedingungen zu betreiben. Wenn nämlich der Durchsatz einer Molekularpumpe nach Holweck durch den Querschnitt der im Stator eingeschnittenen Nuten bestimmt ist, so ist der Massendurchfluß umso höher, je größer die Dichte des durchfließenden Gases ist. Daraus ergibt sich, daß eine zwischen das Sekundärvakuum und die Molekularpumpc nach Holweck geschaltete Turbo-Molckularpumpc in erheblichem Umfang den Massendurchsatz der MoIekularpumpe nach HoKvxck verbessert.
b5 Die Molckularpumpe nach Holweck 12 empfangt die von der Turbo-Molckularpumpe 8 geförderten Gasmoleküle und verdichtet den Gasstrom weiter. Aus einer Ringkanimer 21 kann der durch den zylindrischen Rotor

14 weitergeförderte Gasstrom aufgefangen werden, der dann durch die Leitung 22 zur hier nicht dargestellten Primärpumpe gelenkt wird.

In bekannter Weise ruht der Rotor auf Gaslagern 25, 27,28, die die Welle 1 in axialer sowie in radialer Richtung in Verbindung mit einer Krone 26, die Bestandteil der Achse ist, abstützen und über eine Druckluftleitung 24 gespeist werden. Der Stator der Molekularvakuumpumpe 8 besteht aus zwei Halbringen 35, die durch Schrauben 37—41 zusammengehalten werden. Der Flanschbügei \i ist mittels Justierschrauben 28' am Stator der Molekularpumpe nach Holweck befestigt und macht die beiden Statoren zu einer Baueinheit.

Zum Pumpen von Stickstoff wird ein Stator 4 mit sechs parallel verlaufenden schraubenförmigen Nuten verwendet, deren Tiefe von 17,5 auf 0,75 mm zur Primärpumpe hin abnimmt. Die Verdichtung bei einer Förderleistung von praktisch Null beträgt so 10⁸, die Förderleistung der gesamten erfindungsgemäßen Pumpenanordnung erreicht 350 Liter pro Sekunde.

Soll ein Gas gepumpt werden, dessen Molekülmassc sich sehr von der des Stickstoffs unterscheidet, beispielsweise Wasserstoff, so ist es notwendig, die Molekularpumpe nach Hoiweck 12 mit einem anderen Stator zu versehen.

Man dreht die Schrauben 23 heraus, um das Gehäuse 3 nach unten abzuziehen. Es genügt dann, die Schrauben 28' zu lösen, um den Stator 4 nach unten herauszuziehen.

Danach kann man zum Pumpen von Wasserstoff einen Stator mit sechs gewindeartigen Nuten einbauen, deren Tiefe am Pumpeneingang 4 mm und am Ausgang zur Primärpumpe hin 0,5 mm beträgt. Der so erreichte Verdichtungsgrad bei einer Förderleistung von praktisch Null liegt bei etwa 10⁵ und die Förderleistung der gesamten Pumpanlage bei etwa 40 Litern pro Sekunde.

Sollen Gase gepumpt werden, deren Molekülmasse größer als die von Stickstoff ist und deren Dichte ungefähr gleich der von Argon ist (A = 40), so versieht man die erfindungsgemäße Pumpanordnung mit einem Stator mit sechs gewindeartigen Nuten, deren Tiefe von 30 mm am Pumpeneingang auf 2 mm am Pumpenausgang abnimmt. Die Pumpleistung liegt dann bei etwa 400 Litern pro Sekunde und der Verdichtungsgrad bei einer Pumpleistung von Null bei 10".

Die gesamte übrige Pumpanordnung, die Welle 1, das Achslager 2, die Turbo-Molekularpumpe 8, die Rotoranordnung 6 und das Gehäuse 3 bleiben stets unverändert, ganz gleich welcher Stator 4 eingesetzt wird. Daraus ergibt sich eine erhebliche Kostensenkung für solche Pumpanordnungen, die in großen Serien gefertigt werden können und auf Wunsch des Verwenders mit dem für das jeweils zu pumpende Gas passenden Stator versehen werden können.

Wenn die Tiefe der Gewindenuten zwischen 8 und 1 mm variiert wird, kann man jede Nut nach einem Drittel der Länge jedes Gewindegangs gerechnet von der Ansaugseite an in zwei Kanäle unterteilen. Darauf wird jede dieser Nuten von neuem vom zweiten Drittel der Länge jedes Gewindegangs ab in zwei Kanäle unterteilt. Eine solche Vorrichtung ergibt noch für leichte Gase, deren Masse etwa der des Wasserstoffs entspricht, eine Verdichtung bei einer Leistung von Null von etwa 10" bis 10⁵ und für die Gesamtpumpanordnung eine Förderleistung von etwa 30 bis 40 Litern pro Sekunde. Diese Vorrichtung ermöglicht es aber auch, für ein Gas wie Luft, dessen Dichte ungefähr gleich der Dichte von Stickstoff ist, eine Förderleistung von etwa 200 Litern pro Sekunde zu erreichen, wobei die Verdichtung bei einer Förderleistung von Null deutlich über 10⁶ liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Molekularvakuumpumpenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Molekularvakuumpumpe (12) nach Holweck einer Turbomolekularpumpe (8) unmittelbar nachgeschaltet ist, derart, daß der Rotor der Turbomolekularpumpe (8) einstückig in den Rotor (14) der Pumpe nach Holweck (12) übergeht, daß der Stator (4) der Molekularpumpe (12) nach Holweck mit schraubenförmigen Nuten (16—19) versehen und am Stator (9) der Turbomolekularpumpe (8) lösbar befestigt ist, derart, daß er nach dem Lösen der Schrauben (28') in Achsrichtung abziehbar ist