DE2534528A1

DE2534528A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE2534528A1
Application number: DE19752534528
Authority: DE
Inventors: Kenneth Radford Shoulders
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1976-03-11
Also published as: US3969039A; CA1047464A; GB1508006A; FR2280809B1; JPS5138113A; FR2280809A1

Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 29.7.1975

ANJFRPF) ΝΛΙΡΙ-IF falkenried 4

/\!NN<tL> IMItHt Telefon: (030) 831 !950

Diplom-Chemiker TUT/, U. O Q Telegramme: INDUSPROP BERLIN

iviJtJtu _T. O₁₈₅₄₄₃

Telex: 0185443

US/02/2237 AO-2797

AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Vakuumpumpe

Es wird eine einteilige Vakuumpumpe für das Ausbilden ultrahoher Vakua geschaffen, die in Kombination einen axialen turbomolekularen Zentrifugalkompressor und eine Wirbel- oder Vortexpumpe aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe derart, die in der Lage ist hohe Vakua in geschlossenen Kammern auszubilden und gleichzeitig ein Rückströmen von Kohlenwasserstoffen zu vermeiden. Erfindungsgemäß werden die Prinzipien der turbomolekularen Pumpen angewandt, jedoch handelt es sich hier um eine einheitliche Vorrichtung, die nicht eine getrennte Vorpumpe erforderlich macht.

Wenn auch turbomolekulare Pumpen auf dem Gebiet der Pumpentechnik allgemein bekannt sind, ist deren Anwendung doch begrenzt gewesen trotz ihrer Fähigkeit hohe Vakua auszubilden, und zwar aufgrund einer Mehrzahl an Faktoren. Derzeitig handelsgängige turbomolekulare Pumpen befinden sich in der Kategorie Pumpen hoher Kapazität und sind in der Lage üblicherweise 150 bis 650 1/sek. Luft zu verarbeiten. Es versteht sich, daß derartige Einheiten relativ große und verwickelte Vorrichtungen darstellen und dazu ausgelegt sind, große Vakuumkammern leer zu pumpen und weiterhin geeignet sind, über längere Arbeitsspannen hin zu laufen.

60981 1/0244

75Ή52Β

Die turbomolekulare Pumpe ist dergestalt aufgebaut, daß deren Wirkungsgrad durchaus von dem Umweltsdruck abhängt, gegen den dieselbe arbeitet. Üblicherweise sind Beschränkungen für den Vordruck,

—2 — 3

gegen den ein Einsaugen erfolgt, von 10 bis 10 Torr für die Pumpe vorgeschrieben, damit dieselbe das vorgesehene hohe Vakuum erreicht. Es ergibt sich somit, daß dieser vorgeschriebene niedrige Druck für das Ansauggas ein sehr erhebliches Vorpumpen vermittels einer Hilfsvorrichtung erforderlich macht. Es ist üblich, dassvermittels öl abgedichtete Umlaufpumpen eine Kapazität von 100 bis 200 aufweisen als Vorpumpen spezifiziert sind, die für turbomolekulare Anlagen ausreichend sind.

Es gibt zur Zeit kein relativ billiges, ein geringes Volumen aufweisendes Hochvakuum-Pumpensystem, das für eine intermittierende Arbeit geeignet ist, wie auf dem Gebiet der Anwendung wissenschaftlicher Instrumente.

Bei wissenschaftlichen Instrumenten, die mit Korpuskularstrahlen arbeiten, ist es üblich, daß in den evakuierten Kammern, in denen diese Elektronen- oder Ionenstrahlen erzeugt und auf ein Ziel gerichtet werden, die zurückströmenden Kohlenwasserstoffe zu einer ernsten Verunreinigung im Inneren der Kammer führen können. Weiterhin ist es üblich, daß die evakuierte Kammer gut abgedichtet ist und ein begrenztes Volumen dergestalt besitzt, daß Pumpen hoher Kapazität nicht erforderlich sind. Es ist jedoch ebenfalls üblich, daß das Ausmaß der erforderlichen Evakuierung bei vielen derartigen wissenschaftlichen Instrumenten außerordentlich groß ist, (z.B.

10 Torr in dem Strahlsystem eines Feldemissions-Elektronenmikroskops) . Es ergibt sich somit, daß ein Vakuumpumpsystem für ein derartiges Instrument in der Lage sein muß ein hohes Vakuum auszubilden, wenn auch dasselbe nicht notwendigerweise eine große quantitative Pumpkapazität besitzen muß.

In dem Fall eines für ein wissenschaftliches Instrument geeignetem Vakuumsystem muß die Pumpe weiterhin in der Lage sein die vollen Arbeitscharakteristika in einer relativ kurzen Zeitspanne und über

- 3 60981 1/0244

einen sich oft wiederholenden Arbeitszyklus zu erreichen.

Während die ultrahohe Vakuumkapazität der turbomolekularen Pumpen somit Vorteile bei derartigen Anwendungsgebieten wissenschaftlicher Instrumente zu bieten scheint, hat doch deren sehr erhebliche Größe und Kostspieligkeit sowie die Abhängigkeit derselben von Vorpumpen dazu geführt, daß man nach anderen Alternativen Ausschau gehalten hat, wie etwa Ionenpumpen und ähnliche Vorrichtungen, und man sich somit von dem turbomolekularen Pumpen abgewandt hat.

Erst erfindungsgemäß wird aufgrund einer Kombination turbomolekularer Pumpen mit den Charakteristika anderer Pumpsysteme ein einteiliges Instrument großer Vielseitigkeit und Anwendbarkeit für die wissenschaftliche Instrumenten-Industrie geschaffen.

Erfindungsgemäß wird ein Vakuum-Pumpensystem geschaffen, das für die Evakuierung von Kammern, wie sie in wissenschaftlichen Instrumenten vorliegen, und insbesondere für Elektronenmikroskope geeignet ist. Das erfindungsgemäße Vakuumsystem vermag niedrige Vakuumdrücke (in der Größenordnung von 10 Torr oder darunter) ausgehend von einer einzigen Drehvorrichtung einschließlich der Prinzipien der mit Axialfluß arbeitenden turbomolekularen Pumpen zu liefern. In der einteiligen Vorrichtung liegt ebenfalls eine Zentrifugal-Kompressorpumpe in Kombination mit einer Wirbelvorrichtung vor, die zusammen die gestellte Aufgabe lösen. Eine bevorzugte Ausführungsform weist ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Systems eine spiralmolekulare Schleppumpe auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Vakuumsystem; Fig. 2A einen Vorderaufriß einer mit Axialfluß arbeitenden Drehstufe, die erfindungsgemäß angewandt wird;

Fig. 2b einen Schnitt durch den Rotor nach der Figur 2a;

809811/0244

Fig. 2c eine Draufsicht und zeigt die Anordnung verschiedener Rotoren und Statoren der erfindungsgemaßen, mit Axialfluß arbeitenden, turbomolekularen Pumpstufe;

Fig. 2d einen Vorderaufriß eines Stators der erfindunsgemäßen mit Axialfluß arbeitenden, turbomolekularen Pumpstufe;

Fig. 2e einen Schnitt durch den Stator nach der Figur 2b;

Fig. 3a einen Vorderaufriß eines Stators der erfindungsgemaßen Schlepp-Pumpenstufe;

Fig. 3b einen Schnitt durch den Stator nach Figur 3a;

Fig. 4a einen Vorderaufriß eines Rotors, wie er in verschiedenen erfindungsgemäßen Pumpstufen angewandt wird;

Fig. 4b einen Schnitt durch den Rotor nach der Figur 4a;

Fig. 4c einen Vorderaufriß eines Stators der erfindungsgemäßen Zentrifugalkompressor-Pumpstufe;

Fig. 4d ein en Teilschnitt des Stators nach der Figur 4c;

Fig. 4e einen Teilschnitte durch die Bauelemente nach den Figuren 4a bis 4d im zusammengesetzten Zustand;

Fig. 5a einen Hinteraufriß eines Stators der erfindungsgemäßen Vortes-Pumpstufe;

Fig. 5b einen Vorderaufriß des Stators nach der Figur 5a; Fig. 5c einen Teilschnitt des Stators nach den Figuren 5a und 5b;

Fig. 5d einen Teilschnitt der Bauelemente nach den Figuren 5a bis 5c im zusammengesetzten Zustand;

Fig. 6a und 6b Selten- bzw. Vorderaufrisse des Hauptgehäuses der erfindungsgemäßen Pumpe.

Insbesondere unter Bezugnahme auf die Figur 1 gibt das Bezugszeichen 10 in allgemeiner Weise die erfindungsgemäße Vakuumpumpe wieder. Es liegt ein Gehäuse 12 vor, das allgemein zylinderförmig ist und schließt den weiter unten zu beschreibenden Arbeitsabschnitt der Pumpe ein. Das Gehäuse 12 weist einen Einlaß 14 auf, der in

- 5 60981 1 /02U

7534528

einem abgedichteten Zustand direkt mit einer zu evakuierenden Kammer (nicht gezeigt) verbunden werden kann, wobei es sich hierbei z.B. um das Gehäuse eines Emissionsstrahlungs-Systems eines Elektronenstrahlmxkroskops handelt. An dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses ist (in Fließrichtung) der Auslaß 16 angeordnet, der in dem vorliegenden Fall an die Außenatmosphäre geht.

Das Gehäuse 12 weist ebenfalls einen Einlaß 18 für eine Antriebsturbine 20, wie weiter unten beschrieben, und einen zugeordneten Auslaß 22 hierfür auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Antriebsturbine 20 ortsfest an dem Rotor 24 befestigt, der sich axial zu dem Gehäuse 12 erstreckt und fürdas Ausführen einer Drehbewegung in der Lageranordnung 26 vorliegt.

Bezüglich der bisher und nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist zu beachten, daß die Pumpe 10 symmetrisch links nach rechts um die mittlere Achse I-I vorliegt. Der sich von der Mittellinie I-I zu I'-I¹ erstreckende Pumpenabschnitt weist entsprechende Rotorelemente 28 und Statorelemente 30, wie wfeiter in den Figuren 2a bis 2e erläutert, auf, die dergestalt ausgeführt sind, daß das Zusammenwirken derselben zu einer mit Axialfluß arbeitenden, turbomolekularen Pumpwirkung führt. Dieser Abschnitt wird durch die Klammer bei 32 wiedergegeben und weist bei der bevorzugten Ausführungsform 8 Abschnitte auf. Diese Abschnitte sind abwechselnd bezüglihh des Rotorabschnittes 28 und des Statorabschnittes 30 angeordnet, die weiterhin so angepaßt sind, daß ein Arbeiten in dem Bereich eines niedrigen Drucks von 10 Torr oder darunter möglich wird. Die physikalischen Charakteristika dieser Bauelemente lassen sich für den Betrieb bei diesem Druckbereich durch Bezugnahme auf einschlägige Veröffentlichungen auf dem Gebiet der molekularen Schlepp-Pumpen feststellen.

Benachbart zu der mit Axialfluß arbeitenden, turbomolekularen Stufe 32 liegt ein mit Axialfluß arbeitender Zentrifugalkompressor Abschnitt 34 vor. Die Zentrifugalstufe 34 besteht aus abwechselnd

609811/02^4

angeordneten Rotorelementena wie das hier gezeigte Laufrad, und
Statorelementen 38, wie das hier gezeigte Diffusorelement. Diese Elemente sind in den Figuren 4a bis 4e gezeigt. Die Zentrifugalkompressor-Stufe 34 weist 8 Elemente bei der wiedergegebenen Ausführungsform auf und dient dazu, in dem Druckbereich von Normaldruck bis etwa IO Torr zu arbeiten, wodurch für die turbomolekulare Stufe 32 günstigere Arbeitsbedingungen geschaffen werden.

Bei der wiedergegebenen Ausführungsform ist eine zusätzliche
molekulare Pumpstufe 40 gezeigt. Bei dieser Stufe handelt es sich um eine solche der Spiralschlepp-Pumpe und ist zwischen der mit
Axialfluß arbeitenden turbomolekularen Stufe 32 und dem Zentrifugalkompressor-Äbschnitt 34 angeordnet. Diese Stufe weist
alternierend Rotorelemente, wie die Laufräder 42, auf, die ähnlich denjenigen sein können, wie sie in den Figuren 4a und 4b gezeigt sind und Statoreleraente, die die Spiralschlepp-Platten 44, die
weiterhin in den Figuren 4a und 4b gezeigt sind, darstellen.
Die Spiralschlepp-Stufe ist vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Pumpe angeordnet, so daß sich hierdurch eine weitere Abtrennung der unter sehr niedrigem Druck stehenden turbomolekularen Stufe 32 und dem Zentrifugalkompressor 34 erdpibt, wodurch
die Funktion der turbomolekularen Stufe 32 verbessert wird.

Es ist für derartige Spiralschlepp-Purapen kennzeichnend, daß
dieselben in der Lage sind ein molekulares Pumpen auf niedrige
Drücke durchzuführen, dieselben jedoch weniger von einem niedrigen Vordruck als die mit Axialfluß arbeitenden turbomolekularen
Pumpen abhängen für das Erzielen eines wirksamen Pumpvorganges.
Es ergibt sich somit, daß eine zwischen einer Axialflußstufe und einer Zentrifugalkompressor-Stufe angeordnete Spiralschlepp-Stufe zu einem wirksamen niedrigen Druck für diti Axialfluß-Stufe 32 während einer normalen Arbeitsweise und einem wirksamen Pumpen während des Arbeitsbeginns führt, wenn der Zentrifugalkompressor 34 noch nicht seine maxiamel Kapazität erreicht hat.

- 7 60981 1 /0244

253452a

Die an dem Rotor 26 angeordnete abschließende Stufe stellt bei der wiedergegebenen Ausführungsform die Vortexstufe 46 dar. Diese Stufe weist Laufräder 48 auf, die abwechselnd zu dem Stator 50 angeordnet sind, der weiterhin in den Figuren 5a bis 5d gezeigt ist. Eine wichtige Überlegung für eine Pumpe hohen Wirkungsgrad stellt eine geringstmögliche Antriebsenergie bei Betreiben der Vorrichtung unter normalen Abbeitsbedingungen dar. Dies stellt ein besonders wichtiges Erfordernis bei Pumpen dar, die mit sehr hohen Umlaufgeschwindigkeiten arbeiten müssen, wie dies der Fall bei den molekularen Schlepp-Pumpenstufen der Fall ist. Unter normalen Arbeitsbedingungen wird auf das molekulare Schleppsystem nur eine geringe Arbeitsbelastung beaufschlagt, da das Pumpvolumen nur klein ist im Zusammenhang mit der unter hohem Vakuum stehenden gut abgedichteten Kammer. Der wesentliche Teil der Pumpbelastung wird durch den Zentrifugalabschnitt geleistet im Zusammenhang mit der Zurückführung des Strömungsmittels bedingt durch Leckverluste und dgl. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Stufenkombination wird dadurch erhöht, daß eine Vortex-Stufe angewandt wird, die aufgrund des Evakuierungsflusses wesentlich die Impedanz für den Rückfluß erhöht, wodurch sich eine Verbesserung der Druckverhältnisse der vorangehenden Pumpabschnitte ergibt. Es wird davon ausgegangen, daß das Anwenden der Vortexstufe 46 ebenfalls die Leistungsfähigkeit des Erfindungsgegenstandes zu Arbeitsbeginn dadurch verbessert, daß sich eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit auf der Grundlage des Druckverhältnisses des Zentrifugalkompressors während der anfänglichen Evakuierung des Pumpengehäuses und der daran befestigten Kammer ergibt.

An dem Rotor 24 ist an gegenüberliegenden Enden der Pumpe 12 und benachbart zu den Auslaßöffnungen 16 und 22 die Antriebsturbine 20 angeordnet, die nach der hier wiedergegebenen bevorzugten Ausführungsform die Antriebsenergie für den Rotor 24 und die verschiedenen Stufenelemente ergibt. Bei der Anwendung von Vakuum- ■ pumpen im Zusammenhang mit wissenschaftlichen Instrumenten können

60981 1 /0244

elektrische Motoren und/oder schwere Getriebeantriebe zu einer nachteiligen Beeinflussung führen. In dem Fall elektrischer Motoren, es handelt sich hierbei um einen üblichen Antrieb für Drehvakuumpumpen fhren Streufelder öfters zu ernsthaften inneren Beeinflussungen bei denjenigen Instrumenten, bei denen Elektronenoder Ionensonden angewandt werden. In ähnlicher Weise können die z.B. an Elektromotoren angeschlossenen und für den Antrieb der Rotoren angewandten Getriebekupplungen zu erheblichen Vibrationen führen, die weiterhin eine Verringerung der Leistungsfähigkeit des wissenschaftlichen Instrumentes bedingen. Dies trifft insbesondere zu bei Instrumenten, wo optische oder elektrooptische Beobachtungen gemacht v/erden. Im Hinblick hierauf wird die hier beschriebene Ausführungsform durch eine einteilige Luftturbine angetrieben, die ortsfest an dem Hauptrotor 24 der Pumpe befestigt ist. Komprimierte Luft steht üblicher Weise dort zur Verfügung, wo wissenschaftliche Instrumente angewandt werden und das Heranziehen eines symmetrisch umlaufenden Antriebes hat sich bei dem Erfindungsgegenstand als zweckmäßige Antriebsquelle erwiesen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird komprimierte Luft auf den Außenumfang des Luftturbinenrades beaufschlagt, und nach innen hin in Richtung auf den Rotor 24 expandiert und mittig bezüglcih des Rotors 24 abgegeben.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 2a und 2b werden nun die Rotorelemente 28 und die Statorelemente 30 der Turbo-molekularen Stufe 32 erläutert. Die Figur 2a zeigt einen Vorderaufriß der Rotorstufe 28. Der Rotor 28 weist Flügel52 auf, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang der Nabe 54 herum angeordnet sind. Die Flügel 52 sind mit einem Winkel A bezüglich der Drehachse angeordnet, und zwar in Abhängigkeit von der relativen Lage in der Sequenz der Bauelemente. Auf dem einschlägigen Gebiet ist es üblich, daß der Flügelwinkel A benachbart zu dem Einlaß groß ist ( ~5O°0) und progressiv in Richtung auf den Pumpenauslaß abnimmt (in typischer Weise auf 10 bis 20°). Die Figur 2c zeigt das typische relative Verhältnis der aufeinanderfolgenden Bauelemente 28 und

— 9 —

6098 1 1/02AA

— Q _

Wiederum unter Bezugnahmeauf das Bauelement 28 nach der Figur 2a weist die Nabe 54 ein Basisteil 56 für die Aufnahme des Rotors 24 auf, der hieran ortsfest befestigt wird. Die Nabe 54 besitzt eine Dicke, die auf die seitliche Abmessung der Flügel 52 und des Statorabschnittes 30 angepaßt ist unter Aufnahme der Flügel 60 des Stators 3O.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 2d und 2e weist der Stator 30 Flügel 60 angeordnet in dem Festhaltering 62 auf. Die Ringe 62 können ortsfest in dem Gehäuse 12, siehe Figur 1, in einem Seitean-Seite Verhältnis aufgenommen werden, wobei die Flügel 60 mit den Flügeln 52 ausgerichtet sind und gemeinsam die turbomolekulare Pumpstufe 32 bilden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 3a und 3b gibt das Bezugszeichen 44 des Spiralschlepp-Stators für die Stufe 40 unmittelbar an die Axialfließ-Stufe 32 wieder. Der Stator weist Ausnehmungen 64 in Form einer archimedischen Spirale auf, deren Tiefe von dem mittleren Basisteil 66 ausgehend in Richtung nach außen in bekannter Weise abnimmt. Der erste Stator 44' ist benachbart zu dem letzten Stator 30 der Stufe 32, siehe die Figur 1, angeordnet und steht in Arbeitsbeziehung mit einem Scheibenlaufrad 42. Ein zweiter Schleppstator 44" ist benachbart zu dem Stator 42 angeordnet und weist Ausnehmungen 64 auf, die nach außen hin in Richtung auf den Mittelpunkt der Stufe spiralförmig verlaufen. Die Ausnehmungen 64 des zweiten Stators 44" nehmen ebenfalls in ihrer Tiefe ab, jedoch ausgehend von dem Umfang in Richtung auf die mitlere Bohrung. Diese Verringerung der Kanaltiefe verläuft allgemein in Fließrichtung des Strömungsmittels.

Wie vermittels des Bezugszeichens 43 wiedergegebene, kann eine Kombination aus Zentrifugalkompressorpumpen und Spiralschleppanordnungen angewandt werden. Das Laufrad 36 bei 43 kann eine Bauart wie nach der Figur 4a aufweisen, wonach das Drehelement eine Scheibe mit radialen Ausnehmungen 68 ist, die sich von der Sammelfläche 70 aus nach außen in Richtung auf den Umfang des Elementes erstrecken. Die Flügel 72 sind vorteilhaferweise

S09811/0244

- 10 -

mittig bezüglich der Ausnehmungen 68 angeordnet, um so das Zentrifugalpumpen zu fördern. Das Rotorelement 36 weist eine Bohrung auf und kann ortsfest an dem Rotor 24 befestigt werden. Wie anhand der Figur 4a ersichtlich, weist die Rückseite 74 des Rotors 36 keine Ausnehmungen auf, wie dies bei einem Scheibenrotor der Fall ist. Ein Spiralschlepp-Stator kann benachbart zu der Seite 74 des Rotors 36 angeordnet werden und ergibt ein Spiralschlepp-Purapen zentral in Richtung auf den Mittelpunkt der Pumpe (in Richtung auf den Rotor 24) , wo die Stufe das Strömungsmittel an einen sich anschließenden Zentrifugalpumpen-Rotor 36 abgibt.

Wahlweise oder in Kombination kann die Zentrifugalkompressor-Stufe 34 die Diffusorstatoren 38 zwischen den Laufrädern 36 angeordnet aufweisen. Die Figuren 4c und 4d erläutern einen bevorzugten Diffusorstator 38, wobei ein Zylinder-förmiges weggeschnittenes Teil 76 das Scheibenteil 74 des Laufrades 36 aufnimmt. Kreisförmig benachbart zu dem Umfang des Stators 36 liegt eine Mehrzahl an Kollektorschlitzen 78 vor, die mit der Keollektorseite des Stators 38 in Verbindung stehen. Die Kollektorseite 80 weist radial nach innen gerichtete Kanäle 82 für die Abgabe des durch das Laufrad 36 gepumpten Strömungsmittels an die Kollektorfläche 70 des sich anschließenden Zentrifugallaufrades auf. Ein Abstandshalter 84 führt zu einem zusätzlichen Abstandsverhältnis zwischen den Statoren 38 für die Aufnahme aufeinanderfolgender Rotoren Eine Abdeckplatte 86 führt zu einer vollständigen Isolierung für die Kollektorkanäle 82. Die Figur 4c zeigt den Rotor 36 und den Stator 38 im zusammengesetzten Zustand.

Die abschließende Arbeitsstufe, die Vortex-Stufe 46, ist bezüglich weiterer Einzelheiten in den Figuren 5a bis 5d wiedergegeben. Der Stator 50 ist mit einem zylinderförmigen Relief 88 ähnlich wie demjenigen gemäß dem Bezugszeichen 76 in dem Zentrifugalpumpenstufen-Stator versehen. Von dem Relief 88 springen in einer Richtung allgemein tangential hierzu Diffusorausnehmungen 90 vor, die in einer Kollektorbohrung 92 enden, die sich durch die Auslaßseite des Stators 50 erstrecken. Bohrungen 92 enden in einer

- 11 6ÖSÖM/G244

Kollektormulde 94, wobei sich ein Wandabschnitt 96 der Bohrung ziemlich weit in die Kollektormulde 94 erstreckt. In Richtung auf den Mittelpunkt des Stators 50 und von der Mulde 94 erstrecken sich nach innen Kanäle 98, die in einem Auslaßteil 100 enden,das das Strömungsmittel an das nachfolgende Laufrad 50 abgibt. Die Laufräder 48 sind bei der hier gezeigten Ausführungsform ähnlich den Zentrifugallaufrädern 36. Nach Infunktionsetzen des Stators der letzten Stufe an dem Auslaßteil stehen die Kanäle 104, siehe die Figur 1 mit der Auslaßöffnung 16 in Verbindung.

In typischer Weise weist eine erfindungsgemäße Pumpe eine Axialflußstufe, eine Zentrifugalkompressor-Stufe und eine Wirbelstufe auf. Bevorzugte Ausführungsformen können eine oder mehrere der verschiedenen weiter oben beschriebenen Schleppstufen aufweisen. Die Anzahl der Statoren und Rotoren kann schwanken in Abhängigkeit von dem abschließend zu erzielenden Druck. In typischer Weise werden 8 Axialflußelemente, 7 Zentrifugalkompressor-Elemente, 2 bis 4 Schleppelemente und 2 Wirbelstufen angewandt.

- 12 60981 1/0244

Claims

Patentansprüche

l.j Einteilige Vakuumpumpe für das Evakuieren eines Strömungsmittels, wie Luft, aus einer abgedichteten Kammer, wie bei einem wissenschaftlichen Instrument in Form eines Elektronenmikroskops, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) ein Gehäuse (12) mit einem Einlaß (14) für die Verbindung im abgedichteten Zustand mit der Kammer und einem Auslaß 16 an dem gegenüberliegenden Ende hierzu;

b) einem axial in dem Gehäuse (12) angeordneten Rotor (24);

c) einer Motoranordnung (20) zwecks Vermitteln einer Drehbewegung an den Rotor (24) ;

d) eine mit Axialfluß arbeitende turbomolekulare Pumpanordnung (32), die in dem Gehäuse (12) angeordnet ist benachbart zu dem Einlaß (14) und abwechselnd ortsfest an dem Gehäuse (12) angeordnete Statoren (38) und ortsfest an den Rotoren (38) angeordnete Laufräder aufweist, wobei die Rotoren 38) benachbart zu den Statoren angeordnet sind unter Ausbilden des turbomolekularen Pumpens;

e) Zentrifugalkompressor-Pumpenanordnung (34), die in dem Gehäuse (12) zwischen der mit Axialfluß arbeitenden turbomolekularen Pumpanordnung (32) und dem Auslaß (16) vorliegt und Statoren (38) ortsfest an dem Gehäuse (12) befestigt und Laufräder (36) ortsfest an den Rotoren (38) befestigt aufweist, wobei die Rotoren (38) benachbart zu den Statoren vorliegen unter Ausbilden eines Zentrifugalkompressorpumpens;

f) Wirbelanordnungen (46), die in dem Gehäuse (12) zwischen der Zentrifugalkomperessor-Pumpanordnung (34) undem Auslaß (16) vorliegen, und Statoren (50) aufweist, die ortsfest an dem Gehäuse (12) befestigt sind, sowie Laufräder (48) ortsfest an den Rotoren (50) befestigt sind, die Rotoren (50) neben den Statoren vorliegen.

- 13 -

6098 1 1 /0244
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine spiralförmige molekular Schleppumpenanordnung (40) zwischen der mit Axialfluß arbeitenden Molekularschlepp-Pumpanordnung (32) und der Zentrifugalkompressor-Pumpanordnung (34) vorliegt.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) eine Turbine ist.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelanordnung (46) eine sogenannte Vortexdiode ist.

60931 1

Le erse i te