DE2443727A1

DE2443727A1 - Trommel-molekularpumpe

Info

Publication number: DE2443727A1
Application number: DE19742443727
Authority: DE
Inventors: Louis Maurice
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1974-09-12
Publication date: 1975-04-03
Also published as: GB1473713A; FR2244370A5; BE819441A; JPS5055911A; IT1020719B; CH592818A5; NL7412212A; US3924962A; SU580850A3

Description

GK

F 8943 24A3727

Dipl.-Ιη_β. Jürgen WElNMIU-ER ^

(»ATENTASSESSOR

GmbH

8OOO München 8O

Zeppellnstr. 63

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL 12, rue de la Baume, 75008 PARIS (Frankreich)

TROMMEL-MOLEKULARPUMPE

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Hochvakuumtechnik und hier insbesondere Trommel-Molekularpumpen.

Bekanntlich werden seit fast fünfzig Jahren Molekularpumpen hergestellt, die aus einer zylindrischen Tronmel gebildet werden, die mit hoher Geschwindigkeit und geringe« Spiel in einem Stator rotiert, der eine zylindrische Innenwandung aufweist und dieselbe Symmetrieachse hat wie die Trommel. Auf einer der beiden sich gegenüberliegenden zylindrischen Wandungen wird ein schraubenlinienförmiges Gewinde

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eingeschnitten, dessen Querschnitt von der Seite des höheren Vakuums zur Seite des geringeren Vakuums hin abnimmt. Die Pumpleistung dieser ersten Pumpen erreichte jedoch lediglich einige Liter pro Sekunde, so daß man sich von dieser Pumpenart während einiger Zeit abgewandt hat.

Vor etwa fünfzehn Jahren wurde eine wichtige Verbesserung vorgenommen, indem auf die zylindrische Innenwandung des Stators oder auf die zylindrische Oberfläche des Rotors mehrere parallele Gewinde eingeschnitten wurden. So konnten Trommelpumpen mit Mehrfachgewinde hergestellt werden, die eine Leistung von etwa 100 Litern pro Sekunde erreichten und dabei vernünftige Abmessungen beibehielten. Will man jedoch mit dieser Pumpenart eine noch größere Leistung erreichen, so sinkt das Kompressionsverhältnis zu weit ab, und diese Pumpenart kann dann nicht mehr eingesetzt werden.

Vor kurzem durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß für eine gegebene aktive Oberfläche einer Pumpe mit optimalen Charakteristiken eine theoretisch begründete gegenläufige Tendenz zwischen der Leistungscharakteristik und der Kompressionsverhältnischarakteristik bestand. So konnte man feststellen, daß für eine durch den Durchmesser und die Länge der Trommel bestimmte gegebene aktive Oberfläche bei einer bestimmten Rotationageachwindigkeit eine Pumpe mit'Mehrfachgewinde gemäß der bis dahin bekannten Technik zwar eine Stickatoffpumpleistung von 120 Litern pro Sekunde ergab, dies jedoch mit einem Verdichtungsverhältnia von 10 , waa unzureichend ist. Ea wurde ebenfalls

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festgestellt, daß, wenn die Pumpe für ein Verdichtungsver-

hältnis von etwa IO bezogen auf Stickstoff ausgelegt war, ihre Pumpleistung nur noch 40 Liter pro Sekunde betrug.

Es mußte also festgestellt werden, daß es füreinen gegebenen Abstand zwischen der Trommel und dem Stator unmöglich war, mit der bekannten Technik hohe Verdichtungsverhältnisse zu erreichen bei einer ansonsten auf hohe Pumpleistung ausgelegten Pumpe. Diese Unmöglichkeit ist durch die Erhöhung der Leckerscheinungen zwischen zwei parallelen Gewinden in dem Bereich der Pumpe zu erklären, in dem die Verdrängung stattfindet und in dem das Verdichtungsverhältnis pro Längeneinheit der Trommel einen hohen Wert erreicht.

Um diese Leckerscheinungen zu verringern, sind verschiedene Maßnahmen ins Auge gefaßt worden.

Die erste besteht darin, das Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator zu verringern, jedoch führt diese Maßnahme dazu, die Kosten bei der Herstellung erheblich zu erhöhen und die Betriebssicherheit einer solchen Pumpe zu verringern. Denn der kleinste Fremdkörper, die geringste Dilatation eines festen oder drehenden Teils und jegliche mechanische Verformung lassen die Pumpe irreparabel fressen, wie es beim Bau der ersten Pumpen des Typs Haiweck geschah.

Jedoch ermöglicht eine andere, bereits früher vorgeschlagene Lösung, bei der ein einfach zu realisierender, größerer Abstand zwischen der Trommel und dem Stator zugelassen werden kann, eine Verringerung der Leckerscheinungen und folglich eine Verbesserung des Verdichtungsverhältnisses

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ohne Leistungsverlust. Diese Lösung besteht darin, die Anzahl der Gewinde von der Ansaugseite zur Verdichtungsseite zu erhöhen, indem jede der zwischen zwei benachbarten Gewindegraten befindliche Nut in mehrere getrennte Kanäle unterteilt wird. Durch dieses Verfahren erhält man eine Hochvakuum-Molekularpumpe mit einer Zylindertrommel, die mehrere schraubenlinienförmige Nuten aufweist, die mindestens auf eine der vorhandenen Oberflächen gemäß der seit fünfzehn Jahren bekannten Technik eingeschnitten werden, jedoch ist jede Nut über einen Bereich ihrer Länge in einem bestimmten Abstand von der Ansaugöffnung in mehrere engere Kanäle durch parallele Grate geteilt. Von der Ansaugseite zur Verdrängungsseite hin, d.h. von dem Bereich des Hochvakuums zum Bereich des geringeren Vakuums, wird die Anzahl der Nuten in den Bereichen erhöht, wo das Verdichtungsverhältnis so hoch wird, daß die Undichtigkeitsverluste groß werden. Es sind also am Druckende der Pumpe mehr Nuten vorhanden als an der Ansaugseite. Die Stärke der Gewindegrate zwischen den Kanälen bleibt praktisch gleich, so daß es gemäß diesem Verfahren zu einer Vergrößerung des insgesamt für die Gewindegrate aufgewendeten Platzes von der Ansaugseite zur Druckseite der Pumpe hin kommt. So wird insgesamt die dem Medium zwischen den verschiedenen parallelen Kanälen entgegengestellte Querimpedanz erhöht und folglich die Undichtigkeitsverluste im selben Verhältnis verringert.

Durch die Erfindung soll eine derartige Pumpe weiter verbessert werden, indem ein hohes Verdichtungsver-

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hältnis beibehalten werden kann und gleichzeitig ein noch größerer Zwischenraum zwischen dem drehenden Teil und dem Stator unter Inkaufnahme einer nur geringen Leistungsabnahme erreicht werden kann. So erzielt man ein befriedigende Charakteristik sowohl hinsichtlich der Pumpleistung als auch hinsichtlich des Verdichtungsgrades und vereinfacht gleichzeitig den Bau dieser Pumpenart, da eine Erhöhung der Spieltoleranzen zwischen dem festen und dem drehenden Teil zulässig wird, was die Herstellung der erfindungsgemäBen Pumpe beträchtlich vereinfacht.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Hochvakuum-Trommelmolekularpumpe mit durch Gewindegrate getrennten Mehrfachnuten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einerseits die Nuten so eingeschnitten werden, daß von der Ansaugseite zur Ausgangsseite hin in einer bestimmten Entfernung von der Ansaugseite ihre Breite abnimmt, während die Breite der Gewindegrate zunimmt, und daß hochvakuumseitig geschlossene, jedoch ausgangsseitig geöffnete Nuten in diese Gewindegrate eingeschnitten werden.

Eine derartige Hochvakuum-Molekularpumpe weist also in einer bevorzugten Ausführungsform eine mit hoher Geschwindigkeit in einem Stator mit zylindrischer Innenwandung rotierende zylindrische Trommel auf und mehrere schraubenförmige Nuten, die auf eine der zylindrischen Flächen aufgebracht sind und untereinander parallel ver-laufen sowie durch Gewindegrate getrennt sind, die am Ausgang der Pumpe, d.h. am geringeren Vakuum münden, wobei

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vom Hochvakuum zum geringeren Vakuum hin die Breite der Nuten abnimmt, während die Stärke der Gewindegrate zunimmt, und ansaugseitig geschlossene jedoch ausgangsseitig geöffnete Nuten von einem bestimmten Abstand vom Ansaugende in diese Gewindegrate eingeschnitten werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen und an Hand der beiliegenden Figuren näher erklärt.

Fig. 1 zeigt eine in eine Ebene abgewickelte Nut, wie sie auf dem Rotor (oder dem Stator) gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung aufgebracht wird.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine der erfindungsgemäßen Nuten,zum einen ansaugseitig (Fig. 2a - Schnitt A-B) und zum anderen in einem Bereich nah am Ausgang (Fig. 2b Schnitt C-D).

Fig. 3 zeigt eine in eine Ebene abgerollte Nut, wie sie gemäß einer erfindungsgemäßen Variante auf den Rotor oder Stator eingeschnitten wird.

In Fig. 1 werden mit 1 und 2 die beiden die Nut 3 am Hochvakuum- oder Ansaugende 4 begrenzenden Gewindegrate

bezeichnet; diese Gewindegrate verlaufen parallel zueinander über eine bestimmte Länge, beispielsweise die Hälfte der Trommelhöhe, bis zur Ebene 21, wo das Verdichtungsverhältnis so hoch' wird, daß es zu großen Leckverlusten zwischen der benachbarten Nut 5 und der Nut 3, die durch den Grat 2 getrennt sind, kommt. Der Grat 2 ist dort nach links verlängert und verbreitert. In den verbreiterten Bereich 7 des Grats 2 ist

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eine neue Nut 8 eingeschnitten, die parallel zur Nut 3 verläuft, jedoch ansaugseitig verschlossen ist. Diese Nut nimmt einen Teil der sich zwischen der Nut 5 und der Nut 3 über den Gewindegrat 2 hinweg ereignenden Leckverluste auf, und die Nut 8 kanalisiert den von ihr aufgenommenen Strom zum Ausgang 9. Im letzten Drittel der Höhe der Trommel ist der verbreiterte Grat 7 seitlich durch einen Bereich 10 nochmals verbreitert, der seinerseits wieder eine ansaugseitig verschlossene Nut 11 aufweist; links ist diese Nut 11 durch den Gewindegrat 12 begrenzt. Auf diese Weise wird die anfängliche Nut 3 ausgangsseitig durch eine wesentlich schmalere Nut 14 ersetzt, die durch die Gewindegrate 1 und 12 begrenzt ist, während die beiden ansaugseitig verschlossenen Nuten 8 und 11 ausgangsseitig offen sind. Die Stärke des Gewindegrats 2 wird durch den zwischen dem rechten Rand der Nut 3 und dem linken Rand der Nut 5 gemessenen Abstand bestimmt.

Fig. 2 erlaubt ein besseres Verständnis der Entwicklung der Breite der Nuten.

Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die Fig. 1 entlang der Linie A-B. Es sei hier auf die beträchtliche Höhe der Gewindegrate 1 und 2 hingewiesen, die die Hauptnut 3 in der Nähe der Ansaugseite begrenzen.

Betrachtet man die Fig. 2b, die einen Schnitt durch die Fig. 1 in der Nähe des Ausgangs 9 zeigt, so läßt sich feststellen, daß die Tiefe der Hauptnut 3 beträchtlich abge-

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noramen hat und daß die Nuten 11 und 8, die ansaugseitig verschlossen und druckseitig geöffnet sind, eine noch geringere Tiefe aufweisen, da ihre Rolle darin besteht, den über das Spiel 15 zwischen dem Gewindegrat 2 und der glatten zylindrischen Wandung 16 des Stators fließenden Gasstrom aufzunehmen und weiterzuleiten.

Man kann ihnen aber auch zur Erleichterung der Bearbeitung dieselbe Tiefe wie der Hauptnut 3 geben.

Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar, das wie im Fall gemäß Fig. 1 auf der Ansaugseite 4 eine Nut und eine Nut 5 aufweist, die durch den Gewindegrat 2 voneinander getrennt sind. Die Hauptnut 3 wird wie zuvor von den Gewindegraten 1 und 2 begrenzt.

Hier erfolgt die Verbreiterung des betrachteten Gewindegrates 2 allmählich,ausgehend von der Ebene 21 und dann entlang der Trommelachse in Richtung steigenden Verdichtungsverhältnisses, wo die Gefahr besteht, daß es zwischen der Strömung, die entlang der Nut 3 fließt, und der Nut 4 über den Grat 2 hinweg zu einem Verlust kommt.

Der Grat 2 wird allmählich ausgehend von der Ebene 21 bis zur Kbene 22, die in Ströraungsrichtung in der Nähe des Ausgangs liegt, breiter. Dieser allmählich breiter werdende Gewindegrat 23 weist wie zuvor zwei auf der Ansaugseite geschlossene Nuten 8* und 10* auf, die wie zuvor die Rolle von Drängekanälen spielen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

I)- Hochvakuum-Trommelmolekularpumpe mit durch Gewindegrate getrennten Mehrfachnuten, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Nuten (3, 5) so eingeschnitten werden, daß von der Ansaugseite (4) zur Ausgangeseite (9) hin in einer bestimmten Entfernung von der Ansaugseite ihre Breite abnimmt, während die Breite der Gewindegrate (2, 6, 12) zunimmt, und daß hochvakuumseitig geschlossene, jedoch ausgangsseitig geöffnete Nuten (8, 11) in diese Gewindegrate eingeschnitten werden.

2 - Hochvakuum-Molekularpumpe mit einer mit hoher Geschwindigkeit in einem Stator mit zylindrischer Innenwandung rotierenden zylindrischen Trommel und mehreren schraubenförmigen Nuten, die auf eine der zylindrischen Flächen aufgebracht sind und untereinander parallel verlaufen sowie durch Gewindegrate getrennt sind, die am Ausgang der Pumpe, d.h. am geringeren Vakuum münden gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer bestimmten Ebene (21) von der Ansaugseite (4) zur Ausgangsseite (9) hin einerseits die Stärke der Gewindegrate (2) zunimmt und andererseits parallele zur Ansaugseite (4) hin geschlossene und zur Ausgangsseite (9) hin geöffnete Nuten (11, 8) in diese Gewindegrate (2) eingeschnitten sind.

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3 - Hochvakuum-Molekularpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansaugseite (4) hin jede der Hüten (3) eine größere Tiefe aufweist, als zur Auegangsseite (9) hin und daβ die zur Ansaugseite hin geschlossenen Hüten (11, 8) eine Tiefe aufweisen, die höchstens gleich der der Hauptnuten (3) ist.

4 - Hochvakuum-Molekularpumpe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gewindegrate (2) übergangslos ausgehend von der bestimmten Ebene (21), von der ab die seitlichen Leckerscheinungen beträchtlich werden, vergrößert wird und anschließend in Flußrichtung ja&ch dieser Ebene noch einmal übergangslos vergrößert wird.

5 - Hochvakuura-Molekularpumpe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gewindegrat® (2) stetig ausgehend von der bestimmten Ebene (21) zunimmt* von der ab die seitlichen Leckerscheinungen beträchtlich werden.

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