DE3032967A1

DE3032967A1 - Molekularpumpe, insbesondere turbomolekularpumpe, und damit ausgeruestetes pumpsystem

Info

Publication number: DE3032967A1
Application number: DE19803032967
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen Froitzheim
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1980-09-02
Filing date: 1980-09-02
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE3032967C2

Description

LEYBQLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Molekularpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, und damit ausgerüstetes Pumpsystem

. Die Erfindung betrifft eine Molekularpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse, in dem sich ein von einem Stator und einem Rotor gebildeter, sich vom Einlaß zum Auslaß der Pumpe erstreckender Gasförderraum und ein Lagerraum, z. B. mit Wälzlagern, für den Rotor befinden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein mit einer derartigen Pumpe ausgerüstetes Pumpsystem.

Bei der zur Zeit mit großem Aufwand betriebenen Oberflächen-

—11 forschung sind häufig Enddrücke von 10 mbar erwünscht. Solche Drücke können mit Ionengetterpumpen oder Titanverdampferpumpen erreicht werden, die deshalb auch häufig in diesem Forschungszweig eingesetzt werden. Inzwischen hat sich jedoch ein erheblicher Nachteil dieser Pumpen herausgestellt, welcher auf der katalytischen Wirkung des in derartigen Pumpen verwendeten Titans beruht. Insbesondere in der Katalyseforschung ist diese katalytische Wirkung des Titans äußerst störend.

Kryopumpen und Turbomolekularpumpen haben diesen Nachteil zwar nicht; mit der Verwendung von Kryopumpen ist jedoch der Nachteil eines hohen technischen und finanziellen Aufwandes verbunden, insbesondere dann, wenn kontinuierlich gepumpt werden muß; bekannte Turbomolekularpumpen bzw. damit ausgerüstete Pumpsysteme haben den Nachteil, daß die gewünschten Enddrücke nicht erreicht werden können.

So liegt z. B. der Betriebsenddruck von bekannten Turbomolekularpumpen bei der Verwendung einstuf±ger-oder'zweistufiger

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Vorvakuumpumpen bei 10 bis 10 mbar. Dieser Enddruck läßt sich verbessern, wenn an Stelle einer Vorvakuumpumpe ein Vorpumpensystem - bestehend aus einer Hochvakuumpumpe (Turbomolekularpumpe oder Diffusionspumpe) und einer nachgeordneten Vorvakuumpumpe - verwendet wird. Die erreichte Enddruckverbesserung liegt dabei nur in der Größenordnung einer Zehnerpotenz, d. h., der mit einem solchen Pumpsystem erreichbare Enddruck liegt bei 10 mbar und ist damit
forschung gewünscht wird.

10 mbar und ist damit höher, als es in der Oberflächen-

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Molekularpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, bzw. ein damit ausgerüstetes Pumpsystem zu schaffen, womit es ohne besondere Erhöhung des bisher bekannten Aufwandes für das Vorpumpensystem möglich ist, die erforderliehen Enddrücke bis zu 10 mbar zu erreichen.

Erfindungsgemäß kann dieses Ziel mit einer Molekülarpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, der eingangs genannten Gattung erreicht werden, wenn Gasförderraum und Lagerraum durch eine differentielle Druckstufe, z. B. einer dynamischen Dichtung, voneinander getrennt sind und wenn für beide Räume jeweils ein Auslaß zum Anschluß weiterer Vakuumpumpen vorgesehen ist.

Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Leistung einer der Molekülarpumpe nachgeordneten Hochvakuumpumpe (sei es eine Diffusionspumpe oder eine Turbomolekularpumpe) relativ stark durch die Schmiermitteldämpfe beeinträchtigt wird, die durch den Auslaßstutzen in die nachgeschaltete Hochvakuumpumpe gelangen.
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Bei der erfindungsgemäßen Molekularpumpe bzw. bei einem mit einer solchen Pumpe ausgerüsteten Pumpsystem können die Schmiermitteldämpfe aus dem Lagerraum und die durch den

Gasförderraum strömenden Gase getrennt abgesaugt werden, 5

also z. B. die Schmiermitteldämpfe direkt einer Vorpumpe und die aus dem Rezipienten stammenden Gase direkt einer weiteren Hochvakuumpumpe zugeführt werden. Diese Hochvakuumpumpe ist durch, die Schmiermitteldämpfe nicht belastet, kann also im Auslaßbereich der Primärpumpe einen Druck erzeu· gen, der niedriger als der Schmiermitteldampfdruck liegt, wodurch die gewünschte Enddruckverbesserung eintritt.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Pumpsystem mit einer in der besonderen Weise gestalteten Molekularpumpe ist deshalb zweckmäßigerweiae dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslaß des Gasförderraumes eine weitere Hochvakuumpumpe (z. B. Turbomolekularpumpe oder Diffusionspumpe) und an den Auslaß des Lagerraumes eine Vorvakuumpumpe angeschlossen sind.
. ' Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Bei der in Figur 1 dargestellten Turbomolekular-Vakuumpumpe 1 sind der Stator mit 2 und der Rotor mit 3 bezeichnet. Der Rotor 3 ist glockenförmig ausgebildet, so daß ein Lagerraum 4 entsteht, in dem die Lager 5 und 6 für die Welle 7 sowie der Antriebsmotor 8 untergebracht sind. Auf der Außenseite des Rotors 3 sind die Rotorschaufeln 9 angeordnet, die zusammen mit den Statorschaufeln 11 die gewünschte Förderung der Gase im Gasförderraum 12 bewirken. Der Gasforderraum 12 erstreckt sich bei der dargestellten einflutigen Turbomolekularpumpe vom Einlaß 13 in Richtung der Auslaßseite der Pumpe, die mit einem Flansch 15 verschlossen ist.

Die Welle 7 weist einen zentralen Kanal 16 auf, der im Bereich des unteren Endes der Welle konisch gestaltet ist.

Dadurch entsteht eine ölpumpe, die aus dem ölgefäß 17 aufgenommenes Öl zu den Lagern 5 und 6 fördert.

Zwischen dem Lagerraum 4 und dem Gasförderraum 12 befindet sich eine allgemein mit 18 bezeichnete dynamische Dichtung, die vom unteren Abschnitt 21 des Rotors 3 und von einem

■IQ gehäusefesten zylindrischen Abschnitt 22 gebildet wird, welcher den Abschnitt 21 möglichst eng, jedoch berührungsfrei umfaßt. Erfindungsgemäß ist das dargestellte Ausführungsbeispiel mit zwei Auslaßstutzen 23 und 24 ausgerüstet, über den Auslaßstutzen 23 und die Leitung 25 ist der Lagerraum 4 direkt mit einer Vorpumpe 26 verbunden. Über den Auslaßstutzen 24 werden die aus dem nicht dargestellten, an dem Einlaß 13 der Pumpe angeschlossenen Rezipienten durch den Gasförderkanal 12 geförderten Gase abgeführt. Dazu ist der Auslaßstutzen 24 mit dem Einlaß einer weiteren Hochvakuumpumpe 27 verbunden, die z. B. ebenfalls als Turbomolekularpumpe oder auch als Diffusionspumpe' ausgebildet sein kann. Der Auslaß der Hochvakuumpumpe 27 ist zweckmäßigerweise ebenfalls an die Vorvakuumpumpe 26 angeschlossen, so daß eine weitere Vorvakuumpumpe entfallen kann.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die durch den Gasförderkanal 12 hindurchtretenden, aus dem angeschlossenen Rezipienten stammenden Gase infolge der dynamischen Dichtung 18 getrennt von den Schmiermitteldämpfen .im Lagerraum 4 abgeführt. Dadurch ist der mit der

weiteren Hochvakuumpumpe 27 erreichbare Enddruck nicht durch den Schmiermitteldampfdruck begrenzt. Das hat gegenüber vorbekannten Pumpsystemen dieser Art den Vorteil einer erheblichen Druckerniedrigung im Auslaßbereich des Gasförderkanals 12. Diese Druckerniedrigung bewirkt eine Druckerniedrigung auf der Einlaßseite 13, so daß niedrigere Enddrücke als bisher erreicht werden können.

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In den meisten Fällen reicht es aus, wenn die dynamische Dichtung 18 von einem zwischen den Abschnitten 21 und 22 gelegenen Spalt 28 gebildet wird, der nicht breiter ist als einige Zehntel Millimeter. Die Wirkung der Spaltdichtung kann durch Verlängerung des Diffusionsweges, also z. B. dadurch erhöht werden, daß ein Teil - oder auch beide Teile 21 und 22 - im Bereich des Spaltes 28 Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen, so daß eine Art Labyrinthdichtung entsteht.

Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Dichtung, -J₅ bei der der Zylinderabschnitt 22 im Spaltbereich wendeiförmige Vertiefungen 29 aufweist. Die Steigung der wendeiförmigen Vertiefungen 29 ist so gewählt, daß sie eine Förderung der in den Spalt 28 gelangenden Gase in Richtung Lagerraum 4 bewirkt. Dadurch entsteht ein wenn auch nur geringer Gasstrom, der den in den Spalt 28 eindringenden Schmiermittelmolekülen entgegengerxchtet ist.

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Claims

80.018

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Molekularpumpe/ insbesondere Turbomolekularpumpe, und damit ausgerüstetes Pumpsystem

ANSPRÜCHE

UJ Molekularpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse, in dem sich ein von einem Stator und einem Rotor gebildeter, sich vom Einlaß zum Auslaß der Pumpe erstreckender Gasförderraum sowie ein Lagerraum für den Rotor befinden, dadurch gekennzeichnet , daß Gasförderraum (12) und Lagerraum (4) durch eine differentielle Druckstufe voneinander getrennt sind und daß für beide Räume jeweils ein Auslaß (23, 24) zum Anschluß weiterer Vakuumpumpen vorgesehen ist.
2. Molekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Gasförderraum (12) und dem Lagerraum (4) eine dynamische •Dichtung (18) angeordnet ist.
3. Molekularpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, . daß die dynamische Dichtung von zwei zylinderabschnittförmigen Teilen (21, 22) gebildet wird.
4. Molekularpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das auslaßseitige Ende (21) des Rotors (3) ein Bestandteil der dynamischen Dichtung (18) ist.
5. Molekülarpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die differentielle Druckstufe oder die dynamische Dichtung

(18) als Labyrinthdichtung ausgebildet sind.
6. Molekularpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsprünge und/oder Vertiefungen (29) im Bereich des Spaltes (28) der differentiellen Dichtung oder der dynamischen Dichtung (18) vorgesehen sind.
7. Molekularpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge oder Vertiefungen (29) wendelförmig derart gestaltet sind, daß sie eine Gasförderung in Richtung Lagerraum (4) bewirken.
8. Pumpsystem mit einer Molekularpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Auslaß (24) des Gasförderraums (12) in an sich bekannter Weise eine weitere Hochvakuumpumpe (27)

(Turbomolekularpumpe oder Diffusionspumpe) und an dem Auslaß (23) des Lagerraums (4) eine Vorvakuumpumpe (26) angeschlossen sind.
9. Pumpsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Lagerraum (4) und die weitere Hochvakuumpumpe (27) eine gemeinsame Vorpumpe (26) vorgesehen ist.