DE3317868A1

DE3317868A1 - Reibungspumpe

Info

Publication number: DE3317868A1
Application number: DE3317868A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Phys. Dr. 5000 Köln Reich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1983-05-17
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4645413A

Description

83.007

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Reibungspumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungspumpe mit pumpaktiven Flächen, welche der Pumprichtung zugewandte sowie der Pumprichtung abgewandte Flächenbereiche umfassen.

Zu den Reibungspumpen gehören Molekular- und Turbomolekularpumpen, deren Wirkungsweise in dem Lehrbuch von Wutz, Adam, und Walcher "Theorie und Praxis der Vakuumtechnik", Seiten 202 ff.,,im einzelnen beschrieben ist.

Bei Molekularpumpen sind eine sich bewegende Rotorwand und eine ruhende Statorwand so gestaltet und beabstandet, daß die von den Wandungen auf dazwischen befindliche Gasmoleküle übertragene Impulse eine bevorzugte Richtung haben. In der Regel sind Rotor- und/oder Statorwand mit rillenförmigen Vertiefungen oder Vorsprüngen zur Erzielung der bevorzugten Förderrichtung ausgerüstet. Aus den deutschen Patentschriften 605 902, 625 444, 912 007, 10 10 235 und aus den CH-Patentschriften 101 871, 222 288"sowie der GB-PS 332 879 sind nach diesem Prinzip arbeitende Molekularpumpen bekannt.

In jüngerer Zeit haben sich Turbomolekularpumpen gegenüber den Molekularpumpen durchgesetzt. Diese weisen nach Art einer Turbine ineinandergreifende Stator- und Rotorschaufelreihen auf. Verschiedene Ausführungsformen von Turbomolekularpumpen sind aus den CH-Patentschriften 501 840, 529 927, 564 692 sowie aus der DE-AS 14 28 239 bekannt. Durch geeignete Anordnung der

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Stator- und Rotorblätter wird ebenfalls erreicht, daß in eine Richtung mehr Teilchen gefördert werden als in die entgegengesetzte Richtung.

Schließlich ist eine kombinierte Reibungspumpe aus der DE-OS 24 12 624 bekannt. Diese ist eintrittsseitig als Turbomolekularpumpe und austrittsseitig als Molekularpumpe ausgebildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpeigenschaften einer Reibungspumpe zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei zumindest einem Teil der pumpaktiven Flächen Flächenbereiche mit unterschiedlichen Rauhigkeiten vorhanden sind, und zwar derart, daß die Rauhigkeit der der Förderrichtung abgewandten Flächenbereiche größer ist als die Rauhigkeit der der Förderrichtung zugewandten Flächenbereiche. Diese Maßnahmen haben überraschenderweise die gewünschte Verbesserung der Purnpeigenschaften zur Folge.

Bisher war man stets davon ausgegangen, daß die Reflexion von Gasteilchen auf allen Oberflächen gleich ist, im allgemeinen sogar "diffus" erfolgt, und zwar bezüglich Richtung und Geschwindigkeit. Die verbesserten Pumpeigenschaften

„α zeigen aber, daß die Oberflächeneigenschaften der pumpaktiven Flächen dennoch Einfluß auf die Reflexion von Gasteilchen haben. Offensichtlich wird auf besonders glatten und sauberen Oberflächen ein gewisser Anteil der Teilchen optisch reflektiert, was eine reduzierte Reibung zur Folge hat, während bei rauheren Oberflächen eine Rückstreuung von einfallenden Teilchen und damit eine erhöhte Reibung auftreten kann. Weiterhin werden optisch reflektierte Teilchen in einer Turbomolekularpumpe in beiden Richtungen

gleichermaßen bevorzugt gefördert bzw. durchgelassen,
während zurückgestreute Teilchen in wesentlich geringerem Maße gefördert bzw. durchgelassen werden. Schließlich zeigen weitere Überlegungen, daß Teilchen, die gefördert werden
sollen, vorzugsweise auf die der Pumprichtung abgewandten Bereiche der pumpaktiven Flächen auftreffen und daß Teilchen, die sich in entgegengesetzter Richtung bewegen,
vorzugsweise auf die der Pumprichtung zugewandten Bereiche der pumpaktiven Oberflächen treffen. Aufgrund dieser verschiedenen Voraussetzungen und Überlegungen wird deshalb eine Vergrößerung des Kompressionsverrnögens erreicht, wenn man die der Pumprichtung abgewandten Bereiche der pump-Jd

aktiven Flächen aufrauht. Weiterhin ist mit einer Vergrößerung des Saugvermögens zu rechnen, wenn die der Pumprichtung zugewandten Bereiche der pumpaktiven Oberflächen eine besonders geringe Rauhigkeit aufweisen.

Aus den beschriebenen Gründen ist es deshalb vorteilhaft,

die Flächenbereiche mit verringerter Rauhigkeit vorzugsweise im Einlaßbereich der Pumpe und die Flächenbereiche
mit erhöhter Rauhigkeit vorzugsweise im Auslaßbereich der Pumpe anzuordnen. Ein besonders gutes Saugvermögen im Einlaßbereich und eine Verbesserung der Kompression im Auslaßbereich können dadurch erzielt werden-.

Zur Zeit bekannte Turbomolekularpumpen weisen als pumpaktive

■Flächen Stator- und Rotorschaufeln auf. Diese sind entweder oU

gefräst oder gedreht, so daß ihre Oberfläche eine von
diesem Bearbeitungsvorgang abhängige Rauhigkeit aufweist. Üblicherweise wird eine gemittelte Rauhigkeit R von etwa 8 μ gewählt. Dieser Wert entspricht einem Mittelrauho₅ wert R von etwa 1,6 μ. Bei in dieser Weise hergestellten Turbomolekularpumpen kann deshalb eine geringere oder
erhöhte Rauhigkeit dadurch erreicht werden, daß der Fräsoder Drehvorgang mit unterschiedlich großem Vorschub durchgeführt wird. Ein geringerer Vorschub hat eine

Verringerung der Rauhigkeit, ein vergrößerter Vorschub eine erhöhte Rauhigkeit zur Folge. Zweckmäßig ist dabei, wenn die Bearbeitung der Oberflächen durch Drehen oder Fräsen so vorgenommen wird, daß die entstandenen, die erhöhte Rauhigkeit bildenden regelmäßigen parallelen Nuten etwa radial gerichtet sind, also etwa senkrecht zur Drehrichtung liegen.

Eine Verringerung der Rauhigkeit kann auch durch Polieren, elektrochemisches Behandeln, Läppen- oder Schleifen erreicht werden. Zweckmäßige, ohne besonders hohen Aufwand erreichbare Rauhigkeiten sind R =1,2 μκι (entspricht R ^ 0,2 \im) . "'

3.

Zur Erhöhung der Rauhigkeit entsprechender Flächenbereiche ist es weiterhin möglich, diese zu sanden oder zu .schmirgeln. Die Rauhigkeit von in dieser Weise behandelten Flächen ist unrelgemäßig. Zweckmäßige Rauhigkeiten sind

R ^ 20 μια (entspricht R ^3,2 iun) . ζ a

WeitereVorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Teil der pumpaktiven Flächen einer Molekularpumpe 1. Diese umfaßt das Gehäuse 2 und den

*30 darin um die Achse 3 drehbar gelagerten Rotor 4. Der Rotor 4 weist auf seiner Außenseite wendeiförmige Nuten 5 auf, die gemeinsam mit der inneren Oberfläche des Gehäuses 2 die pumpaktiven Flächen bildet. Die Steigung der Nuten 5 bestimmt die Förderrichtung, die durch den Pfeil 6 gekennzeichnet ist. Dadurch sind Begrenzungsflächen 7 und 8 definiert, die der Förderrichtung 6 entweder zugewandt oder abgewandt sind. Zur Verbesserung der Pumpeigenschaften einer solchen Reibungspumpe weist zumindest ein Teil der der Förderrichtung 6 zugewandten

Flächenbereiche 8 eine verminderte Rauhigkeit auf. Eine weitere Verbesserung der Pumpeigenschaften kann durch ein Aufrauhen der der Förderrichtung 6 abgewandten Flächenbereiche 7 erreicht werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Reibungspumpe könnte auch so beschrieben werden, daß der Rotor auf seiner Außenseite mit wendeiförmigen Stegen 11 ausgerüstet ist. Die Flächenbereiche 7 und 8 könnten dann als Stegbegrenzungsflächen bezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt abgewickelt einen Teilschnitt durch eine Turbomolekularpumpe, und zwar entlang einer zur Drehachse des Rotors konzentrischen Kreislinie durch zwei Statorschaufelreihen 13 und 14 sowie eine Rotorschaufelreihe Die Rotorscnäufein 16 bewegen sich in Richtung des Pfeiles 17 und definieren dadurch zusammen mit den Statorschaufeln 18 eine Förderrichtung, die durch den Pfeil 19 gekennzeichnet ist.

Die Pumpeigenschaften einer Turbomolekularpumpe dieser Art können nach der Erfindung dadurch verbessert werden, daß den der Förderrichtung 19. zugewandten Oberflächen 21, der Statorschaufeln 18 und/oder der Rotorschaufeln 16 eine verringerte Rauhigkeit und/oder den jeweils der Förderrichtung 19 abgewandten Oberflächen 23, 24 eine erhöhte 'Rauhigkeit gegeben wird.

Claims

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH

KOIn-Bayental

Reibungspumpe

_1n ANSPRÜCHE

(1 J Reibungspumpe mit pumpaktiven Flächen, welche der Pumprichtung zugewandte sowie der Pumprichtung abgewandte Flächenbereiche umfassen, dadurch gekennzeichnet , daß bei zumindest einem Teil der pumpaktiven Flächen Flächenbereiche mit unterschiedlichen Rauhigkeiten vorhanden sind, und zwar derart, daß die Rauhigkeit der der Förderrichtung abgewandten Flächenbereiche größer ist als die Rauhigkeit der der Förderrichtung zugewandten Flächenbereiche,
2. Reibungspumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß zur Erhöhung des Saugvermögens die der Förderrichtung zugewandten Flächenbereiche eine gegenüber der üblichen Rauhigkeit verringerte Rauhigkeit aufweisen.
3. Reibungspumpe nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Flächenbereiche mit verringerter Rauhigkeit im Einlaßbereich der Pumpe liegen.
4. Reibungspumpe nach Anspruch 1, dadurch·

'30 gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung

des Kompressionsvermögens die der Förderrichtung abge-•wandten Flächenbereiche eine gegenüber der üblichen Rauhigkeit erhöhte Rauhigkeit aufweisen. - Reibungspumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenbereiche mit erhöhter Rauhigkeit im Auslaßbereich der Pumpe liegen.

6. Molekularpumpe mit Stator und Rotor sowie einer oder mehreren Nuten auf dem Stator oder Rotor,

dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen, die Nut begrenzenden Flächen zumindest teilweise unterschiedliche Rauhigkeiten haben.

7. Molekularpumpe mit Stator und Rotor sowie einem oder mehreren Stegen auf dem Stator oder Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Begrenzungswände der Stege zumindest teilweise unterschiedliche Rauhigkeiten haben.

8. Turbomolekularpumpe mit Rotor- und Statorschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest einem Teil der Stator- und/oder Rotorschaufeln die der Förderrichtung abgewandten Flächenbereiche eine größere Rauhigkeit aufweisen als die der Förderrichtung zugewandten Flächenbereiche.

9. Turbomolekularpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die im Einlaßbereich der Pumpe liegenden Schaufeln auf ihrer der Förderrichtung zugewandten Seite eine verringerte Rauhigkeit und die im Auslaßbereich der Pumpe liegenden Stator- und/ oder Rotorschaufeln auf ihrer der Förderrichtung abgewandten Seite eine erhöhte Rauhigkeit aufweisen.

10. Verfahren zur Herstellung einer Reibungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein Teil der der Förderrichtung zugewandten pumpaktiven Flächenbereiche zur Verringerung der Rauhigkeit poliert, " elektrochemisch behandelt, geläppt oder geschliffen werden und daß die der Förderrichtung abgewandten Flächenbereiche zur Erhöhung der Rauhigkeit gesandet oder geschmirgelt werden.
11. Verfahren zur Herstellung einer Reibungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Oberflächen der pumpaktiven Flächenbereiche durch Fräsen oder Drehen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Rauhigkeit mit kleinerem Vorschub und zur Erhöhung der Rauhigkeit mit größerem Vorschub gearbeitet wird.

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5 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch

gekennzeichnet , daß die Bearbeitung der Oberflächen durch Drehen oder Fräsen so vorgenommen wird, daß die entstandenen, die erhöhte Rauhigkeit bildenden regelmäßigen parallelen Nuten etwa radial 10 gerichtet sind, also etwa senkrecht zur Drehrichtung liegen.