DE3429137C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine vertikale Turbomolekularpumpe entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, an der ein unterer Auslaß vorhanden ist, der zur Verbindung mit einer zweiten Vakuumpumpe vorgesehen ist.

Turbomolekularpumpen finden beispielsweise für Aufdampfapparaturen Teilchen­ beschleuniger oder Elektronenmikroskope Verwendung, in denen im allgemeinen ein Ultrahochvakuum erforderlich ist. Bei derartigen Anlagen besteht eine Ver­ seuchungsgefahr durch Kohlenwasserstoff-Dämpfe und es sind hohe Absaugge­ schwindigkeiten erforderlich.

Bei bekannten vertikalen Turbomolekularpumpen dieser Art (Fig. 1) ist ein Pum­ pengehäuse 2 vorgesehen, dessen Oberseite über einen Flansch mit der Untersei­ te einer Vakuumkammer 1 verbunden werden kann. Am unteren Ende des Gehäu­ ses ist ein Basisteil 3 vorgesehen, der einstückig und abdichtend mit dem unte­ ren Ende des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Entlang dem Innenumfang des Gehäuses sind eine Vielzahl von Statorscheiben angeordnet, zwischen denen an einem Rotor befestigte Rotorscheiben zusammen mit dem Rotor drehbar angeordnet sind. Das untere Ende des Rotors ist in dem Basisteil 3 abgestützt, an dem eine Auslaßleitung 4 und ein Anschlußteil 5 vorgesehen ist, der zum Anschluß eines Antriebsmotors für den Rotor dient.

Beim Betrieb wird normalerweise die Anschlußleitung 4 mit einer Öl-Diffusions­ pumpe oder dergleichen Vorvakuumpumpe mit deren Ansaugleitung verbunden. Ferner kann durch eine Reihenschaltung derartiger vertikaler Turbomolekular­ pumpen die Verseuchung durch Öl einer Vorvakuumpumpe verhindert werden und durch eine Reihenschaltung von zwei Molekularpumpen ein Ultrahoch­ vakuum erzielt werden.

Bei bekannten vertikalen Turbomolekularpumpen wird jedoch als nachteilig an­ gesehen, daß die an eine Hilfsvakuumpumpe anschließbare Auslaßleitung im Vergleich zu der Ansaugöffnung der Turbomolekularpumpe einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt hat. Bei einer Reihenschaltung von zwei Turbomolekular­ pumpen der in Fig. 1 dargestellten Art ist deshalb praktisch nur eine zweistu­ fige Anordnung durch Verbindung über ein Kniestück 6 mit einem entsprechen­ den Querschnitt möglich. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Verbindung durch ein derartiges Kniestück keine ausreichende Steifigkeit für die Halterung der zweiten Molekularpumpe ermöglicht, so daß ein zusätzlicher Trägerarm 7 für die Halterung der zweiten Molekularpumpe erforderlich ist. Insbesondere wird durch die Verbindungsleitung zu der zweiten Turbomolekular­ pumpe der Strömungswiderstand erhöht, so daß der Wirkungsgrad der zweiten Molekularpumpe sehr niedrig ist. Eine derartige zweistufige Schaltung ermög­ licht ferner eine Übertragung von Schwingungen über die Verbindungsleitung, so daß insbesondere beim Auftreten von Resonanzschwingungen eine Beschädi­ gungsgefahr für empfindliche Apparaturen wie Elektronenmikroskope besteht.

Es ist bereits eine Turbomolekularpumpe der eingangs genannten Gattung be­ kannt, an der eine untere Auslaßleitung in Form eines Vorvakuumstutzens vorgesehen ist, durch den Gas über eine Vakuumleitung zu einer Vorpumpe geleitet werden kann (DE 24 09 857 A1). Bei einer anderen bekannten Turbo­ molekularpumpe dieser Art ist eine seitliche Auslaßleitung und eine untere Auslaßleitung vorgesehen, welche Leitungen an einer Hochvakuumpumpe und an einer Vorvakuumpumpe angeschlossen werden können (DE 30 32 967 A1). Die untere Auslaßleitung dient dabei dazu, den Lagerraum der Pumpe direkt mit einer Vorpumpe verbinden zu können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vertikale Turbomolekularpumpe der ein­ gangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine Verbindung mit mindestens einer weiteren Vakuumpumpe, die eine Turbomolekularpumpe sein kann, mit ver­ bessertem Wirkungsgrad und erhöhter mechanischer Stabilität erzielbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Reihenschaltung von zwei bekannten vertikalen Turbomolekularpumpen;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine vertikale Turbomolekularpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 2; und

Fig. 4a und 4b zwei Ausführungsbeispiele einer Reihenschaltung von zwei Turbomolekularpumpen gemäß der Erfindung.

Bei den in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind mit den Ele­ mente einer bekannten Turbomolekularpumpe vergleichbare Elemente mit den­ selben Bezugszeichen bezeichnet.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellte vertikale Turbomolekularpumpe weist ein Ge­ häuse 2 mit einem hohlzylindrischen Gehäuseteil 2a auf. Ein Flanschglied 2b ermöglicht eine Verbindung mit einer Vakuumkammer und ist einstückig mit dem oberen Ende des Gehäuseteils 2a ausgebildet. Ein weiteres Flanschglied 2c ist am unteren Ende des Gehäuseteils 2a angeordnet und vakuumdicht mit dem Außenumfang des oberen Endes eines Basisteils 3 verbunden. Entlang dem Innenumfang des Gehäuseteils 2a sind scheibenförmige Statorelemente 10 ange­ ordnet.

In dem Gehäuse 2 und dem Basisteil 3 ist ein Rotor-Grundteil 20 angeordnet. Entlang dem Umfang einer Rotorwelle 21 sind Rotorscheiben 22 angeordnet, die über der Oberseite des Grundteils mit Rotorflügeln 23 zwischen die Stator­ elemente 10 vorragen. In dem Grundteil 20 ist ein über eine Verbindungsein­ richtung 5 anschließbarer Antriebsmotor und ein Steuermechanismus für diesen Motor vorgesehen. Ein Flanschglied 24 an dem Grundteil 20 ist mit der Ober­ kante des Basisteils 3 durch Bolzen 22a befestigt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind vier Öff­ nungen 31 (Fig. 3) auf der Unterseite des Basisteils 3 mit einer konzentrischen Anordnung vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Basisteils 3 bilden. Die gesamte Querschnittsfläche der Öffnungen 31 ist beträchtlich größer als die Querschnittsfläche der Auslaß­ leitung 4. Ferner sind diese Öffnungen geradlinig in Strömungskanalrichtung vor­ gesehen, so daß der Strömungswiderstand für die durch diese Öffnungen hin­ durchtretende Gasströmung verhältnismäßig gering ist.

In Umfangsrichtung des Basisteils 3 sind entlang dessen Unterseite Gewinde­ bohrungen 34 ausgebildet, so daß mit Hilfe von Schrauben 37 eine Verschluß platte 36 befestigt werden kann. Zur Erzielung einer vakuumdichten Abdichtung ist eine Dichtung 35 zwischen der Verschlußplatte 36 und dem Basisteil 3 vor­ gesehen.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 betrifft eine Benutzung einer derartigen Molekularpumpe, wenn ein normales Vakuum durch Verbindung der Auslaßlei­ tung 4 mit einer Öl-Diffusionspumpe erzielt werden soll.

Die beiden Ausführungsbeispiele in Fig. 4a und 4b betreffen die Verwendung von zwei Molekularpumpen der in Fig. 2 und 3 dargestellten Art in einer Reihenschaltung, wobei die Ansaugseite der ersten Stufe mit der Vakuumkam­ mer 1 verbunden ist, während eine Vakuummeßeinrichtung 40 mit der Auslaß­ leitung 4 der ersten Pumpe verbunden ist. In Fig. 4a ist anstelle der Ver­ schlußplatte 36 ein hohlzylindrisches Verbindungsstück 41 mit der Unterseite des Basisteils 3 verbunden. Das die Ansaugöffnung der zweiten Pumpe umgeben­ de Flanschglied 2b ist mit der Unterseite des Verbindungsglieds 41 verbunden, so daß die beiden Pumpen 2 zueinander fluchtend übereinander angeordnet wer­ den können. In dem hohlzylindrischen Verbindungsglied 41 kann ein Drossel­ klappenventil oder dergleichen Einrichtung angeordnet werden, um den Strömungs­ kanal zu schließen, wenn die Turbomolekularpumpen abgeschaltet werden.

Bei dem in Fig. 4b dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Anordnung der Gewindebohrungen auf der Unterseite des Basisteils der einen Pumpe der Anordnung der Gewindebohrungen in dem Flanschglied 2b an dem Gehäuse der anderen Pumpe. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel können zwei oder mehr Turbomolekularpumpen dieser Art direkt übereinander ohne Einschaltung eines Zwischenstücks 41 angeordnet werden.

Die beiden Ausführungsbeispiele in Fig. 4 betreffen nur die Reihenschaltung von beispielsweise zwei Turbomolekularpumpen der in Fig. 2 dargestellten Art. Es ist jedoch auch eine Kombination mit anderen Hilfspumpen wie mit einer Öl-Diffusionspumpe möglich, die dann mit der Unterseite der Turbomolekular­ pumpe verbunden wird. Deshalb kann auch irgendeine andere Vakuumapparatur direkt mit der Unterseite des Basisteils 3 verbunden werden, während die üb­ licherweise benutzte Auslaßleitung 4 entweder vakuumdicht verschlossen oder mit einer Vakuummeßeinrichtung 40 verbunden wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Turbomolekularpumpe gemäß der Erfindung kann deshalb die Querschnittsfläche der Öffnung auf der Unter­ seite des Basisteils größer als die Querschnittsfläche bekannter Molekular­ pumpen gemacht werden, als dies beim Anschluß der Auslaßleitung 4 an eine Vorvakuumpumpe möglich ist. Deshalb ergibt sich einer geringerer Strömungs­ widerstand als beim Anschluß an eine seitliche Auslaßleitung. Ferner kann der Aufwand für den Anschluß und die Abdichtung verringert und die mechani­ sche Steifigkeit durch Verwendung einer besonders zuverlässigen Verbindung er­ höht werden. Ferner kann in einfacher Weise eine Hintereinanderschaltung von mehreren Pumpen erfolgen, wenn ein Ultrahöchstvakuum erzielt werden soll. Wegen des verringerten Strömungswiderstands kann bei gleicher Anzahl von hin­ tereinander geschalteten Turbomolekularpumpen ein höheres Vakuum im Ver­ gleich zu der Verwendung bekannter Pumpen entsprechend Fig. 1 erzielt wer­ den.

Claims (5)

1. Vertikale Turbomolekularpumpe mit einem Gehäuse, auf dessen Oberseite eine Ansaugöffnung vorgesehen ist, sowie mit einem Basisteil, an dem ein üblicher seitlicher Auslaß vorhanden sein kann, und an dessen Unterseite ein unterer Auslaß vorhanden ist, der zur Verbindung mit einer zweiten Vakuumpumpe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere untere Auslaßöffnungen (31) vorhanden sind, deren Querschnittsfläche wesent­ lich größer als die Querschnittsfläche der gegebenenfalls vorgesehenen seitlichen Auslaßleitung (4) ist, und daß entlang dem Randbereich der Unterseite des Basisteils (3) eine Verbindungseinrichtung (34) vorhanden ist, welche eine vakuumdichte Verbindung mit einer Verschlußplatte (36) oder mit der Ansaugöffnung der zweiten Vakuumpumpe mit Hilfe einer Abdichtein­ richtung (35) ermöglicht.

2. Vertikale Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite des Basisteils (3) der oberen Vakuumpumpe und dem oberen Gehäuseende der unteren Vakuumpumpe ein hohlzylindrisches Gehäusezwischenstück (41) angeordnet ist.

3. Vertikale Turbomolekularpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein die Ansaugöffnung der zweiten Vakuumpumpe umgebendes Flanschglied (2b) zur Verbindung mit der Unterseite der oberen Vakuum­ pumpe beziehungsweise der Unterseite des Gehäusezwischenstücks (41) vorgesehen ist.

4. Vertikale Turbomolekularpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vakuumpumpe eine Turbomolekular­ pumpe ist.

5. Vertikale Turbomolekularpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung von drei oder mehr Turbomolekularpumpen vorgesehen ist.