DE3826710A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, die für den Einsatz in einer Kernfusionsanlage oder dergl. ausgelegt ist.

In Fig, 9 ist eine bekannte Vakuumpumpe für den Einsatz in ei­ ner Kernfusionsanlage dargestellt. In dieser Figur ist mit 01 eine Turbomolekularpumpe bezeichnet, mit 02 eine Rotationspum­ pe, mit 014 a ein oberes Gehäuse der Turbomolekularpumpe 01, mit 014 b ein oberes Gehäuse der Rotationspumpe 02 und mit 014 c ein unteres Gehäuse, das gemeinsam für die Turbomolekularpumpe 01 und die Rotationspumpe 02 vorgesehen ist.

Zunächst soll die Turbomolekularpumpe 01 näher beschrieben werden. Das Bezugszeichen 01 a betrifft einen Rotationskörper, 01 b Mehrstufen-Laufschaufeln, die am oberen Abschnitt des Ro­ tationskörpers 01 a vorgesehen sind, 01 c mehrstufig angeordne­ te, feststehende Schaufeln, die mit der Innenwandungsfläche des oberen Gehäuses 014 a, den Mehrstufen-Laufschaufeln 01 b ge­ genüberliegend fest verbunden sind, 03 eine kontaktlose bzw. nicht berührende Dichtung, die den Rotationskörper 01 a umgibt, um das obere Gehäuse 014 a und das untere Gehäuse 14 c miteinan­ der zu verbinden, 04 ein oberes Radialgaslager, das an der In­ nenwandungsfläche des unteren Gehäuses 014 c angebracht ist, 06 ein unteres Radialgaslager, das an der Innenwandungsfläche des unteren Gehäuses 014 c in einer tieferen Stellung angebracht ist als das obere Radialgaslager 04, 05 eine Gasturbine, die mit dem Boden des Rotationskörpers 01 a fest verbunden ist, 05 a eine Antriebsgas-Zuführöffnung, die einen unteren Wandungsab­ schnitt des unteren Gehäuses 014 c durchsetzt und in die Gas­ turbine 05 mündet, 07, 07 bodenseitige Schubgaslager, die an der unteren Innenwandungsfläche des unteren Gehäuses 014 c der Gasturbine 05 gegenüberliegend angebracht sind, wobei der Rotationskörper durch das obere Radialgaslager 04, das untere Radialgaslager 06 und die bodenseitigen Schubgaslager 07, 07 drehbar gelagert ist. Weiterhin betrifft das Bezugszeichen 08 eine Traggaszuführöffnung, die in der Bodenwandung des unte­ ren Gehäuses 014 c ausgebildet ist. Unter den vorstehend aufge­ führten Bestandteilen (der Molekularpumpe) bestehen die rotie­ renden Teile aus Keramik.

Es folgt eine Beschreibung der Rotationspumpe. Das Bezugszei­ chen 02 a betrifft einen Rotationskörper, 02 b und 02 c jeweils feststehende Hohlkörper, an deren Innenumfangsflächen Schrau­ bengewinde ausgebildet sind, die an der Innenwandungsfläche des oberen Gehäuses fest angebracht sind, und in die der Rota­ tionskörper 02 a drehbar eingesetzt ist. Das Bezugszeichen 09 betrifft ein oberes Radialgaslager, das an der Innenwandungs­ fläche des unteren Gehäuses 014 c angebracht ist, 011 ein unte­ res Radialgaslager, das an die Innenwandungsfläche des unteren Gehäuses 014 c in einer tieferen Stellung als das obere Radial­ gaslager 09 angebracht ist, 010 eine Gasturbine, die fest mit dem Boden des Rotationskörpers 02 a verbunden ist, 012, 012 bo­ denseitige Schubgaslager, die an dem unteren Innenwandungsflä­ chenabschnitt des unteren Gehäuses 014 c, der Gasturbine gegen­ überliegend angebracht sind, wobei der Rotationskörper 02 a drehbar durch das obere Radialgaslager 09, das untere Radial­ gaslager 011 und die Boden-Schubgaslager 012, 012 gelagert ist. Weiterhin ist mit 010 a ein Gasüberleitungsdurchgang bezeich­ net, über welchen die Gasturbine 05 mit der Gasturbine 010 in Verbindung steht, mit 015 ein Gasüberleitungsdurchgang, über welchen die Umgebung des Rotationskörpers 01 a rechts oberhalb des oberen Radialgaslagers 04 mit der Umgebung des Rotations­ körpers 02 a rechts oberhalb des feststehenden Hohlkörpers 02 c in Verbindung steht. Unter den vorstehend aufgeführten Be­ standteilen der Rotationspumpe bestehen die rotierenden Teile aus Keramik.

Nachfolgend wird der Betriebsablauf der in Fig. 9 gezeigten Vakuumpumpe, für den Einsatz in einer Nuklearfusionsanlage be­ schrieben. Das Traggas B₁, wird den Radialgaslagern 04 und 06 und den Schubgaslagern 07, 07 der Turbomolekularpumpe 1 und den Radialgaslagern 09 und 011 und den Schubgaslagern 012, 012 der Rotationspumpe 02 durch die Traggaszuführöffnung 08 zugeführt, um dadurch den Rotationskörper 01 a der Turbomolekulargaspumpe 01 und den Rotationskörper 02 a der Rotationspumpe 02 drehbar zu lagern. Weiterhin wird der Gasturbine 05 durch die An­ triebsgaszuführöffnung 05 a ein Antriebsgas 05 a zugeführt, um den Rotationskörper 01 a und die Mehrstufen-Laufschaufeln 01 b der Turbomolekularpumpe 01, die sich durch eine Hochvakuum- Evakuierfähigkeit auszeichnet, mit einer hohen Geschwindigkeit drehanzutreiben. Andererseits wird das Antriebsgas C ₁ von dem Bereich der Gasturbine 05 durch den Gasüberleitungsdurchgang an die Gasturbine 010 geleitet, um den Rotationskörper 02 a der Rotationspumpe 02, die sich durch eine Niedrigvakuum- Evakuierfähigkeit auszeichnet, mit einer hohen Geschwindigkeit drehanzutreiben, so daß das Gas auf der Seite der Saugöffnung der Turbomolekularpumpe 01 in die Richtung der Pfeile (A ₁) → (A ₂) → (A ₃) evakuiert bzw. abgesaugt wird, und daß die Saugöffnungsseite der Molekularpumpe 01 auf ein hohes Vakuum evakuiert bzw. abgesaugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird an der Auslaß- bzw. Absaugöffnungsseite der Rotationspumpe 02 unter einem Druck stehendes Gas mit einem Druck nahe am Atmosphären­ druck ausgelassen.

Die Vakuumpumpe für den Einsatz in einer Nuklearfusions-Anlage gemäß dem in der Fig. 9 dargestellten Stand der Technik ist mit folgenden Nachteilen behaftet:

• (I) Die rotierenden Teile der Turbomolekularpumpe 01 bestehen aus Keramik (einer Keramik aus sprödem Material bzw. aus einer spröden Keramik, die jedoch hervorragende Eigenschaften bezüglich Magnetfeldwiderstandsfähigkeit, thermischer Stabilität und Korrosionsfestigkeit besitzt). Deshalb können mit Hinblick auf eine mechanische Drehfestigkeit sowie das Formen und Sintern von (Pumpen-) Teilen die Mehrstufen-Laufschaufeln 01 b nur unter Schwierigkeiten mit großen Abmessungen hergestellt werden, wodurch einer Erhöhung der Evakuierfähigkeit im Hochvakuumbereich eine Grenze gesetzt ist.
• (II) Da das durch die Traggaszuführöffnung 08 zu den Radialgaslagern 04 und 06 und die Schubgaslager 07, 07 der Turbomolekularpumpe 01 und zu den Radialgaslagern 09 und 011 und die Schubgaslager 012, 012 der Rotationspumpe 02 geleitete Traggas B₁ in die Außenumgebung des unteren Gehäuses 014 c ausgeleitet wird, besteht die Gefahr, daß innerhalb der Vakuumpumpe vorliegendes radioaktives Gas zusammen mit dem Traggas B₁ in die Außenumgebung ausgeleitet wird.
• (III) Da die rotierenden Teile der Turbomolekularpumpe 01 und der Rotationspumpe 02 aus Keramik spröden Materials, bzw. aus spröder Keramik hergestellt sind, ist die Wahrscheinlichkeit ihrer Zerstörung im Vergleich zu einer Vakuumpumpe hoch, deren rotierenden Teile aus einem metallischen Material bestehen, wobei bei einer Zerstörung der rotierenden Teile die Gehäuse 014 a und 014 b ebenfalls zerstört werden, wodurch die Gefahr besteht, daß in der Vakuumpumpe enthaltenes radioaktives Gas in die Umgebung austreten kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine neue Vakuumpumpe zu schaffen, mit der eine hohe Evakuier­ geschwindigkeit erreichbar ist, welche in einer Nuklearfu­ sions-Anlage erforderlich ist, mit der ein in einen Hochvaku­ umbereich eingesaugtes Gas druckmäßig nahe bis an den Atmos­ phärendruck angehoben werden kann, mit der weiterhin eine Zer­ störung von rotierenden Teilen und das Austreten von radioak­ tivem Gas in die Außenumgebung verhindert werden kann, so daß die Betriebssicherheit der Vakuumpumpe verbessert wird. Wei­ terhin soll der Betrieb mit beliebiger Evakuiergeschwindig­ keit, im Bereich von einer hohen bis zu einer niedrigen Eva­ kuiergeschwindigkeit ermöglicht werden, um die Anpassung an die jeweilige Last zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind zwei unterschiedliche Aufbau­ weisen der Vakuumpumpe vorgesehen.

So sieht die erste Lösungsform eine Vakuumpumpe vor mit einer Mehrzahl von Vakuumpumpeneinheiten, die in einem Außengehäuse angeordnet sind, das mit einer Ansaugöffnung in seinem oberen Abschnitt versehen ist, wobei jede der Vakuumpumpeneinheiten zweistufig aus einem oberen und einem unteren Innengehäuse­ block aufgebaut ist, in denen ein Pumpenelement angeordnet ist, das aus einer Turbomolekularpumpe besteht, mit einem Ro­ tationskörper, Gaslagern zum drehbaren Lagern des Rotations­ körpers, Mehrstufen-Laufschaufeln, die am Rotationskörper vor­ gesehen sind, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, wel­ che die jeweiligen Teile umschließen, sowie einer Rotations­ pumpe mit einem Rotationskörper, einem stationären Hohlkörper, an dessen Innenumfangswandung Schraubengewinde ausgebildet sind, Gaslagern zum drehbaren Lagern des letztgenannten Rota­ tionskörpers innerhalb des stationären Hohlkörpers, einer Ro­ tationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem letztgenannten Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, wobei weiterhin vorgesehen sind eine Antriebsgas-Zuführrohrleitung zum Zuführen eines An­ triebsgases an die Gasturbinen der Turbomolekularpumpe und der Rotationspumpe, eine Traggas-Zuführrohrleitung zum Zuführen eines Rotationskörpertraggases an die Gaslager in der Turbomo­ lekularpumpe und in der Rotationspumpe, eine Gasüberführungs­ rohrleitung von der Turbomolekularpumpe an eine Ansaugöffnung der Rotationspumpe, eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung so­ wie eine weitere Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbomolekular­ pumpe und in der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung.

Die zweite Lösungsform sieht eine Vakuumpumpe vor mit einer Mehrzahl von Vakuumpumpeneinheiten, die in einem Außengehäuse angeordnet sind, das mit einer Ansaugöffnung in seinem oberen Abschnitt versehen ist, wobei jede der Vakuumpumpeneinheiten aus einem Innengehäuseblock aufgebaut ist, der in seinem unte­ ren Abschnitt eine Ansaugöffnung aufweist, und in welchem ein Pumpenelement angeordnet ist, das aus einer Turbomolekularpum­ pe besteht, mit einem Rotationskörper, Gaslagern zum drehbaren Lagern des Rotationskörpers, Mehrstufen-Laufschaufeln, die am Rotationskörper vorgesehen sind, einer Rotationskörper- Antriebsgasturbine, die an dem Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, sowie einer Rotationspumpe mit einem Rotationskörper, einem stationären Hohlkörper, an dessen Innenumfangswandung Schrau­ bengewinde ausgebildet sind, Gaslagern zum drehbaren Lagern des letztgenannten Rotationskörpers innerhalb des stationären Hohlkörpers, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem letztgenannten Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylin­ derkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, wobei weiterhin vorgesehen sind eine Antriebsgas-Zuführrohrleitung zum Zuführen eines Antriebsgases an die Gasturbinen der Turbo­ molekularpumpe und der Rotationspumpe, eine Traggas- Zuführrohrleitung zum Zuführen eines Rotationskörpertraggases an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe und in der Rota­ tionspumpe, eine Gasüberführungsrohrleitung von der Turbomole­ kularpumpe an eine Ansaugöffnung der Rotationspumpe, eine Gas­ auslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotations­ pumpe an eine externe Rohrleitung sowie eine weitere Gasaus­ laßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbomolekularpumpe und in der Rota­ tionspumpe an eine externe Rohrleitung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Va­ kuumpumpe ist ein Strahlungsabschirm-Material in den Raumab­ schnitt eingefüllt, der von dem Rotationskörper und dem Innen­ gehäuseblock bestimmt ist oder von dem Raumabschnitt, der be­ stimmt ist von dem Innengehäuseblock und dem Außengehäuse.

Der Betriebsablauf der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe sieht wie folgt aus: ein Rotationskörper-Traggas wird von der Traggas- Zuführrohrleitung an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe und in der Rotationspumpe zugeführt, so daß der Rotationskör­ per der Mehrstufen-Laufschaufeln in der Turbomolekularpumpe ebenso drehgelagert wird wie der Rotationskörper der Rota­ tionspumpe. Zusätzlich wird ein Antriebsgas von der Antriebs­ gas-Zuführrohrleitung an die Gasturbinen in der Turbomoleku­ larpumpe und in der Rotationspumpe zugeführt, so daß der Rota­ tionskörper und die Mehrstufen-Laufschaufeln in der für eine hohe Evakuierfähigkeit ausgelegten Turbomolekularpumpe mit ei­ ner hohen Geschwindigkeit drehangetrieben wird, und so daß der Rotationskörper der für eine niedrige Evakuiergeschwindigkeit ausgelegten Rotationspumpe mit einer hohen Geschwindigkeit an­ getrieben wird. Dadurch wird das Gas auf der Seite der Ansaug­ öffnung der Turbomolekularpumpe ausgeleitet an die externe Rohrleitung entlang der Strecke Turbomolekularpumpe → Gas­ überführungsrohrleitung → Rotationspumpe → die eine Gas­ auslaßrohrleitung. Hierdurch wird die Seite der Ansaugöffnung der Turbomolekularpumpe auf ein hohes Vakuum evakuiert bzw. ausgepumpt, während die Auslaßöffnungsseite der Rotationspumpe auf einen Druck nahe dem Atmosphärendruck gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Abgas von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbomolekularpumpe und in der Rotationspumpe durch die weitere Gasauslaßrohrleitung an die externe Rohrlei­ tung ausgelassen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vakuumpumpe wird er­ reicht, daß selbst dann, wenn der Durchmesser der aus sprödem Material bestehenden Mehrstufen-Laufschaufeln der Turbomoleku­ larpumpe reduziert wird, eine hohe Evakuiergeschwindigkeit realisierbar ist, wie sie in einer Nuklearfusionsanlage erfor­ derlich ist, während das von einem Hochvakuumbereich abgesaug­ te Gas auf einen Druck nahe dem Atmosphärendruck angehoben werden kann. Da also eine Durchmesserreduzierung der Lauf­ schaufeln ohne Leistungsverlust möglich ist, kann die Gefahr einer Zerstörung der aus sprödem Material bestehenden Lauf­ schaufeln erheblich herabgesetzt werden, was der Betriebs­ sicherheit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe zugute kommt. Selbst dann, wenn eine Zerstörung der Laufschaufeln auftreten sollte, führt dies nicht zu einer Beeinträchtigung der benach­ barten Vakuumpumpeneinheiten, da jede dieser Einheiten in einem Innengehäuseblock verkapselt ist. Bruchstücke der havarierten Laufschaufeln aus einer der Vakuumeinheiten können damit also nicht in die intakten Vakuumeinheiten eindringen. Da weiterhin ein sämtliche Vakuumpumpeneinheiten umschließendes Außengehäu­ se vorgesehen ist, kann auch ein gegebenenfalls in der hava­ rierten Pumpeneinheit vorhandenes radioaktives Gas nicht in die Pumpenumgebung austreten. Auch dies trägt entscheidend zu der hohen Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe bei.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe besteht darin, daß verschiedene der Vakuumeinheiten für unterschiedli­ che Evakuierleistungen bzw. -geschwindigkeiten ausgelegt sein können, wodurch die Pumpe in flexibler Weise für unterschied­ liche oder schwankende Lasten einsetzbar ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Längsschnitts einer bevor­ zugten Ausführungsform einer Vakuumpumpeneinheit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Querschnitt einer vollstän­ digen Anordnung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Längsschnitts derselben Va­ kuumpumpe,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines vergrößerten Längsschnitts zur Darstellung von Einzelheiten der Vakuumpumpe in Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Längsschnitts einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vakuumpumpeneinheit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teilquerschnitt der Vakuum­ pumpeneinheiten derselben Vakuumpumpe,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Längsschnitts dieser Vakuum­ pumpe,

Fig. 8 eine Draufsicht auf diese Vakuumpumpe, und

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Längsschnitts der Vakuumpum­ pe gemäß dem Stand der Technik.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird zunächst der allgemeine Aufbau der Vakuumpumpe beschrieben, wobei das Bezugszeichen 1 eine Turbomolekularpumpe betrifft, 14 a ₁ und 14 a ₂ jeweils untere und obere Zylinderkörper der Turbomolekularpumpe 1, 19 einen In­ nengehäuseblock (die obere von zwei Stufen oberer und unterer Innengehäuseblöcke), der die oberen und unteren Zylinderkörper 14 a ₁ und 14 a ₂ der Turbomolekularpumpe 1 umschließt, 19 a eine Ansaugöffnung, die im Kopfteil des Innengehäuseblocks 19 vor­ gesehen ist, 2 eine Rotationspumpe, 14 b ₁ und 14 b ₂ jeweils obe­ re und untere Zylinderkörper dieser Rotationspumpe 2, 20 einen Innengehäuseblock (die untere der beiden Stufen der oberen und unteren Innengehäuseblöcke), der die oberen und unteren Zylin­ derkörper 14 b ₁ und 14 b ₂ der Rotationspumpe 2 umschließt, wobei die beiden Stufen der oberen und unteren Innengehäuseblöcke 19 und 20 zu einer Vakuumpumpeneinheit 26 vereinigt sind. Weiter­ hin betrifft das Bezugszeichen 27 ein Außengehäuse, 27 a eine Ansaugöffnung, die am Kopfteil des Außengehäuses 27 vorgesehen ist, wobei eine Mehrzahl von Vakuumpumpeneinheiten 26 inner­ halb des Außengehäuses 27 regelmäßig angeordnet ist (s. Fig. 2 und 3).

Nachfolgend werden Einzelheiten der vorstehend erwähnten Vaku­ umpumpeneinheit 26 anhand von Fig. 4 näher erläutert.

Zunächst soll die Turbomolekularpumpe 1 erläutert werden, bei welcher das Bezugszeichen 1 a einen Rotationskörper betrifft, 1 b Mehrstufen-Laufschaufeln, die mit dem oberen Abschnitt die­ ses Rotationskörpers 1 a fest verbunden sind, 1 c feststehende Mehrstufen-Schaufeln, die mit der Innenwandungsfläche des obe­ ren Zylinderkörpers 14 a ₁, den Mehrstufen-Laufschaufeln 1 b ge­ genüberliegend, fest verbunden sind, 1 d einen Scheibenteil, der mit dem Boden des Rotationskörpers 1 a fest verbunden ist, 3 eine kontaktlose bzw. nicht berührende Dichtung, die den Ro­ tationskörper 1 a umschließt, um den oberen Zylinderkörper 14 a ₁ von dem unteren Zylinderkörper 14 a ₂ abzutrennen, 4 ein oberes Radialgaslager, das an der Innenwandungsfläche des unteren Zy­ linderkörpers 14 a ₂ angebracht ist, 8 b ₁ eine Traggas- Zuführöffnung, welche die Wandung des unteren Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzt und in das obere Radialgaslager 4 mündet, 6 ein unteres Radialgaslager, das an der Innenwandungsfläche des unteren Zylinderkörpers 14 a ₂ in einer Stellung unterhalb des oberen Radialgaslagers 4 angebracht ist, 8 b ₂ eine weitere Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des unteren Zylin­ derkörpers 14 a ₂ durchsetzt und in das untere Radialgaslager 6 mündet, 5, 5 Gasturbinen, die mit dem Mittelabschnitt des Rota­ tionskörpers 1 a fest verbunden sind, 5 b ₁, 5 b ₁ Antriebsgas- Zuführöffnungen, welche die Wandung des unteren Zylinderkör­ pers 14 a ₂ durchsetzen und in die jeweiligen Gasturbinen 5 mün­ den, 5 b ₂, 5 b ₂ Gasauslaßöffnungen, welche die Wandung des unte­ ren Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzen und in die Außenseite dieses unteren Zylinderkörpers 14 a ₂ münden, 7, 7 bodenseitige Schubgaslager welche an die untere Innenwandungsfläche des un­ teren Zylinderkörpers 14 a ₂, dem Scheibenteil 1 d gegenüberlie­ gend angebracht sind, 8 b ₃ eine Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des unteren Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzt und in den bodenseitigen Schubgaslagern 7 mündet, wobei der Rotati­ onskörper 1 a durch das obere Radialgaslager 4, das untere Ra­ dialgaslager 6 und die bodenseitigen Schubgaslager 7, 7 drehbar gelagert ist. Weiterhin sind die jeweiligen, vorstehend be­ schriebenen Teile von dem Innengehäuseblock 19 umschlossen, von denen die rotierenden Teile aus Keramik bestehen.

Nachfolgend wird die Rotationspumpe 2 näher beschrieben, bei welcher das Bezugszeichen 2 a einen Rotationskörper betrifft, 2 b einen statischen oder feststehenden Hohlkörper, an dessen Innenumfangsfläche Schraubengewinde ausgebildet sind, 2 d einen Scheibenteil, der mit dem Boden des Rotationskörpers 2 a fest verbunden ist, wobei der statische Hohlkörper 2 b fest mit der Innenwandungsfläche des oberen Zylinderkörpers 14 b ₁ verbunden ist, und wobei der Rotationskörper 2 a drehbar in den stati­ schen Hohlkörpers 2 b eingesetzt ist. Das Bezugszeichen 9 be­ trifft ein oberes Radialgaslager, das an der Innenwandungsflä­ che des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ angebracht ist, 8 a ₁ eine Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des unteren Zylin­ derkörpers 14 b ₂ durchsetzt und in das obere Radialgaslager 9 mündet, 11 ein unteres Radialgaslager, das an der Innenwan­ dungsfläche des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ in einer Stellung unterhalb des oberen Radialgaslagers 9 angebracht ist, 8 a ₂ ei­ ne weitere Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des unte­ ren Zylinderkörpers durchsetzt und in das untere Radialgasla­ ger 11 mündet, 10, 10 Gasturbinen, die mit einem Mittelab­ schnitt des Rotationskörpers 2 a fest verbunden sind, 5 a ₁, 5 a ₁ Antriebsgas-Zuführöffnungen, welche die Wandung des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ durchsetzen und in die jeweiligen Gas­ turbinen 10 münden, 5 a ₂, 5 a ₂ Gasauslaßöffnungen, welche die Wandung des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ durchsetzen und in die Außenseite des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ münden, 12, 12 bodenseitige Schubgaslager, die an der Innenwandungsfläche des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ dem Scheibenteil 2 d gegenüberlie­ gend angebracht sind, 8 a ₃ eine Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des unteren Zylinderkörpers 14 b ₂ durchsetzt und in die bodenseitigen Schubgaslager 12 mündet, wobei der Rota­ tionskörper 2 a durch das obere Radialgaslager 9, das untere Radialgaslager 11 und die bodenseitigen Schubgaslager 12 dreh­ bar gelagert ist. Die vorstehend beschriebenen Teile werden von dem Innengehäuseblock 20 umschlossen, von denen die rotie­ renden Teile aus Keramik bestehen.

Weiterhin betreffen die Bezugszeichen 5 a und 5 b in Fig. 4 An­ triebsgas-Zuführrohrleitungen zum Zuführen eines Antriebsgases an die Gasturbinen 5 und 10 der Turbomolekularpumpe 1 und der Rotationspumpe 2, 25 a ein Automatikventil, das in der An­ triebsgas-Zuführrohrleitung 5 a vorgesehen ist, wobei die An­ triebsgas-Zuführrohrleitung 5 a mit den jeweiligen Antriebsgas- Zuführöffnungen 5 a ₁ in Verbindung steht, und wobei die An­ triebsgas-Zuführrohrleitung 5 b mit den jeweiligen Antriebsgas- Zuführöffnungen 5 b ₁ in Verbindung steht. Weiterhin betreffen die Bezugszeichen 8 a und 8 b Traggas-Zuführrohrleitungen zum Zuführen eines Rotationskörper-Traggases an die Gaslager der Turbomolekularpumpe und der Rotationspumpe 2, 25 b ein Automa­ tikventil, das in der Traggas-Zuführrohrleitung 8 a vorgesehen ist, wobei die Traggas-Zuführrohrleitung 8 a mit den Traggas- Zuführöffnungen 8 a ₁, 8 a ₂ und 8 a ₃ in Verbindung stehen, und wo­ bei die Traggas-Zuführrohrleitung 8 b mit den Traggas- Zuführöffnungen 8 b ₁, 8 b ₂ und 8 b ₃ in Verbindung stehen. Das Be­ zugszeichen 21 betrifft eine Gasüberführungsrohrleitung zum Überführen eines Abgases aus der Turbomolekularpumpe 1 zu der Ansaugöffnung der Rotationspumpe 2, 22 eine Gasüberführungs­ rohrleitung zum Überführen eines Gases zu der Rotationspumpe 2, das zwischen der kontaktfreien Dichtung 3 und dem Radial­ gaslager 4 eingeschlossen ist, 23 eine Gasauslaßrohrleitung zum Überführen eines Abgases von der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung, 25 c ein Automatikventil, das in der Gas­ auslaßrohrleitung 23 vorgesehen ist, 24 eine weitere Gasaus­ laßrohrleitung zum Überführen eines Abgases von der Gasturbine 5 und den Gaslagern 4, 6 und 7 der Turbomolekularpumpe 1 sowie von der Gasturbine 10 und den Gaslagern 9, 11 und 12, der Ro­ tationspumpe 2 an eine externe Rohrleitung, und 25 d ein Auto­ matikventil, das in der Gasauslaßrohrleitung 24 vorgesehen ist.

Weiterhin betrifft das Bezugszeichen 28 in den Fig. 1 und 3 eine Gaszuführ-/Auslaßeinheit, die unterhalb des Außengehäuses 27 vorgesehen ist. Diese Gaszuführ-/Auslaßeinheit 28 ist zu­ sammengesetzt aus Mehrschichten-Flachplatten 28 a-28 e sowie Trennplatten 29 a-29 c, einer Antriebsgas-Zuführrohrleitung 30, die in Verbindung steht mit den Antriebsgas-Zuführrohrleitun­ gen 5 a und 5 b, einer Traggas-Zuführleitung 31, die in Verbin­ dung steht mit den Traggas-Zuführrohrleitungen 8 a und 8 b, ei­ ner Gasauslaßrohrleitung 32, die in Verbindung steht mit der einen Gasauslaßrohrleitung 23, und einer weiteren Gasauslaß­ rohrleitung 33, die in Verbindung steht mit der weiteren Gas­ auslaßrohrleitung 24.

Nachfolgend wird der Betriebsablauf der Vakuumpumpe anhand der Fig. 1 bis 4 im einzelnen beschrieben.

Ein Traggas B ₁ wird von der Traggas-Zuführrohrleitung 31 der Zuführ-/Auslaßeinheit 28 entlang der Strecke Traggas- Zuführrohrleitung 8 a → Traggas-Zuführöffnungen 8 a ₁, 8 a ₂ und 8 a ₃ an die Radialgaslager 9 und 11 und die Schubgaslager 12, 12 der Rotationspumpe 2 überführt (s. Pfeile B ₁ → B ₂ → B ₂). Außerdem wird dieses Gas von der Traggas-Zuführrohrleitung 8 a entlang der Strecke Traggas-Zuführrohrleitung 8 b → Traggas- Zuführöffnungen 8 b ₁, 8 b ₂ und 8 b ₃ an die Radialgaslager 4 und 6 und die Schubgaslager 7, 7 der Turbomolekularpumpe 1 überführt (s. Pfeile B ₁ → B ₂ → B ₄). Hierdurch werden der Rota­ tionskörper 1 a der Turbomolekularpumpe 1 ebenso wie der Rota­ tionskörper 2 a der Rotationspumpe 2 drehbar gelagert. Weiter­ hin wird ein Antriebsgas C ₁ von der Antriebsgas- Zuführrohrleitung 30 der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 entlang der Strecke Antriebsgas-Zuführrohrleitung 5 a → Antriebsgas- Zuführöffnungen 5 a ₁, 5 a ₁ an die Gasturbine 10 der Rotations­ pumpe überführt (s. Pfeile C ₁ → C ₂ → C ₃). Außerdem wird dieses Gas von der Antriebsgas-Zuführrohrleitung 5 a entlang der Strecke Antriebsgas-Zuführrohrleitung 5 b → Antriebsgas- Zuführöffnungen 5 b ₁, 5 b ₁ an die Gasturbine 5 der Turbomoleku­ larpumpe 1 überführt (s. Pfeile C ₁ → C ₂ → C ₄). Hierdurch werden der Rotationskörper 1 a und die Mehrstufen-Laufschaufeln 1 b der Turbomolekularpumpe 1 mit einer hohen Geschwindigkeit drehangetrieben, welche für eine hohe Evakuierleistung ausge­ legt ist. Außerdem wird hierdurch der Rotationskörper 2 a der Rotationspumpe 2 mit einer hohen Geschwindigkeit drehangetrie­ ben, welche für eine niedrige Evakuierleistung ausgelegt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas auf der Seite der Ansaugöff­ nung 27 a des Außengehäuses 27 evakuiert bzw. abgesaugt entlang der Strecke Turbomolekularpumpe 1 → Gasüberführungsrohrlei­ tung 21 → Rotationspumpe 1 → die eine Gasauslaßrohrleitung 23 an die weitere Gasauslaßrohrleitung 32 der Gas-Zuführ­ /Auslaßeinheit 28 (s. Pfeile A ₁ → A ₂ → A ₃ → A ₄ → A ₅ → A ₆). Außerdem wird das zwischen der kontaktlosen Dichtung 3 und dem Radialgaslager 4 eingeschlossene Gas durch die Gas­ überführungsrohrleitung 22 an die Rotationspumpe 2 überführt (s. Pfeile A ₇ → A ₈), um dann zusammen mit dem ersterwähnten Abgas durch die eine Gasauslaßrohrleitung 23 an die eine Gas­ auslaßrohrleitung der Gas-Einlaß-/Auslaßeinheit 28 entladen zu werden. Hierdurch wird die Seite der Saugöffnung 19 a der Vaku­ umpumpeneinheit 26 auf eine hohes Vakuum abgesaugt bzw. eva­ kuiert. In diesem Zeitpunkt wird aufseiten der Auslaßöffnung der Rotationspumpe 2 ein Gas mit einem Druck nahe dem Atmos­ phärendruck abgelassen. Weiterhin wird das den Gaslagern 9,11 und 12, 12 zugeführte Traggas der Rotationspumpe 2 und das der Gasturbine 10 der Rotationspumpe 2 zugeführte Antriebsgas von den Auslaßöffnungen 5 a ₂, 5 a ₂ durch die weitere Gasauslaßrohr­ leitung 24 an die weitere Gasauslaßrohrleitung 33 der Gas- Zuführ-/Auslaßeinheit 28 ausgeleitet (s. Pfeile D ₁ → D ₃ → D ₄). Ebenso wird das den Gaslagern 4, 6 und 7, 7 der Turbomole­ kularpumpe 1 und das der Gasturbine 5 der Turbomolekularpumpe 1 zugeführte Tragegas von den Gasauslaßöffnungen 5 b ₂, 5 b ₂ durch die weitere Gasauslaßrohrleitung 24 der weiteren Gasauslaß­ rohrleitung 33 der Gas-Einlaß-/Auslaßeinheit 28 ausgeleitet (s. Pfeile D ₂ → D ₃ → D ₄). Obwohl der vorstehend beschrie­ bene Betriebsablauf lediglich anhand einer einzigen der im Au­ ßengehäuse 27 enthaltenen Vakuumpumpeneinheiten (26) geschil­ dert ist, ist der geschilderte Betriebsablauf auch für die an­ deren im Außengehäuse 27 enthaltenen Vakuumpumpeneinheiten ein ähnlicher.

Nachfolgend wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe anhand der Fig. 5 bis 8 be­ schrieben.

Zunächst wird der allgemeine Aufbau der Vakuumpumpe erläutert. Das Bezugszeichen 1 betrifft eine Turbomolekularpumpe, 14 a ₁, und 14 a ₂ jeweils obere und untere Zylinderkörper der Turbomo­ lekularpumpe, 19 einen Innengehäuseblock, welcher die oberen und unteren Zylinderkörper 14 a ₁ und 14 a ₂ der Turbomolekular­ pumpe 1 umschließt, 19 a eine Ansaugöffnung, die am Boden des Innengehäuseblocks 19 vorgesehen ist, 2 eine Rotationspumpe, 14 b ₁ und 14 b ₂ jeweils obere und untere Zylinderkörper der Ro­ tationspumpe 2.

Während der die Turbomolekularpumpe 1 umschließende Innenge­ häuseblock 19 und der andere, die Rotationspumpe 2 umschlies­ sende Innengehäuseblock bei der vorstehend beschriebenen Aus­ führungsform zur Ausbildung einer Pumpeneinheit 26 übereinan­ dergesetzt angeordnet sind, sind in dieser alternativen Aus­ führungsform die Turbomolekularpumpe 1 und die Rotationspumpe 2 waagerecht angeordnet und miteinander zur Ausbildung einer Vakuumpumpeneinheit 26 betriebsmäßig verbunden.

In den Fig. 7 und 8 betrifft das Bezugszeichen 27 ein Außenge­ häuse, 27 a eine Ansaugöffnung, die an einer Seitenfläche des Außengehäuses 27 vorgesehen ist, während eine Mehrzahl (näm­ lich zehn im dargestellten Ausführungsbeispiel) von Vakuumpum­ peneinheiten regelmäßig im Außengehäuse 27 angeordnet sind.

Nachfolgend werden Einzelheiten der Vakuumpumpeneinheit 26 an­ hand der Fig. 5 erläutert.

Zunächst wird die Turbomolekularpumpe 1 näher beschrieben. Das Bezugszeichen 1 a betrifft einen Rotationskörper der Turbomole­ kularpumpe 1, 1 b Mehrstufen-Laufschaufeln, die mit dem unteren Abschnitt des Rotationskörpers 1 a fest verbunden sind, 1 c feststehende Mehrstufen-Schaufeln, die mit der Innenwandungs­ fläche des unteren Zylinderkörpers 14 a ₁, den mehrstufigen Laufschaufeln 1 b gegenüberliegend fest verbunden sind, 1 d ei­ nen Scheibenteil, der mit dem Kopfteil des Rotationskörpers 1 a fest verbunden ist, 3 eine kontaktlose Dichtung, die den Rota­ tionskörper 1 a umschließt und den unteren Zylinderkörper 14 a ₁ von dem oberen Zylinderkörper 14 a ₂ abtrennt, 4 ein unteres Ra­ dialgaslager, das an der Innenwandungsfläche des Zylinderkör­ pers 14 a ₂ angebracht ist, 8 b ₁ eine Traggas-Zuführöffnung, wel­ che die Wandung des oberen Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzt und in dem unteren Radialgaslager 4 mündet, 6 ein oberes Radial­ gaslager, das an der Innenwandungsfläche des oberen Zylinder­ körpers 14 a ₂ in einer höheren Stellung als das untere Radial­ gaslager 4 angebracht ist, 8 b ₂ eine weitere Traggas- Zuführöffnung, welche die Wandung des oberen Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzt und in dem oberen Radialgaslager 6 mündet, 5, 5 Gasturbinen, die mit dem Mittelabschnitt des Rotationskörpers 1 a fest verbunden sind, 5 b ₁, 5 b ₁ Turbinenantriebsgas- Zuführöffnungen, welche die Wandung des oberen Zylinderkörpers 14 a ₂ durchsetzen und in den jeweiligen Gasturbinen 5 münden, 5 b ₂ eine Gasauslaßöffnung, welche die Wandung des oberen Zy­ linderkörpers 14 a ₂ durchdringt und an die Außenseite des obe­ ren Zylinderkörpers 14 a ₂ mündet, 7, 7 Schubgaslager die kopf­ teilseitig an der unteren Innenwandungsfläche des oberen Zy­ linderkörpers 14 a ₂, dem Scheibenteil 1 d gegenüberliegend ange­ bracht sind, 8 b ₃ eine Traggas-Zuführöffnung, welche die Wan­ dung des oberen Zylinderkörpers 14 a ₂ durchdringt und in die kopfteilseitigen Schubgaslager münden, wobei der Rotationskör­ per 1 a durch das untere Radialgaslager 4, das obere Radialgas­ lager 6 und die kopfteilseitigen Schubgaslager 7, 7 drehbar ge­ lagert ist. Weiterhin sind die vorstehend beschriebenen Teile von dem Innengehäuseblock 19 umschlossen, von denen die rotie­ renden Teile aus Keramik bestehen.

Nachfolgend soll die Rotationspumpe 2 näher beschrieben wer­ den.

Das Bezugszeichen 2 a betrifft einen Rotationskörper, 2 b einen statischen oder feststehenden Hohlkörper, an dessen Innenum­ fangsfläche Schraubengewinde ausgebildet sind, 2 d einen Schei­ benteil, der mit dem Kopfteil des Rotationskörpers 2 a fest verbunden ist, wobei der Hohlkörper 2 b mit der Innenwandungs­ fläche des unteren Zylinderkörpers 14 b ₁ fest verbunden ist, und wobei der Rotationskörper 2 a drehbar in den statischen Hohlkörper 2 b eingepaßt ist. Weiterhin betrifft das Bezugszei­ chen 9 ein unteres Radialgaslager, das an der Innenwandungs­ fläche des oberen Zylinderkörpers 14 b ₂ angebracht ist, 8 a ₁ ei­ ne Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des oberen Zylin­ derkörpers 14 b ₂ durchsetzt und in das untere Radialgaslager 9 mündet, 11 ein oberes Radialgaslager, das an der Innenwan­ dungsfläche des oberen Zylinderkörpers 14 b ₂ in einer Stellung oberhalb des unteren Radialgaslagers 9 angebracht ist, 8 a ₂ ei­ ne Traggas-Zuführöffnung, welche die Wandung des oberen Zylin­ derkörpers 14 b ₂ durchsetzt und in das oberen Radialgaslager 11 mündet, 10, 10 Gasturbinen, die mit dem Mittelabschnitt des Ro­ tationskörpers 2 a fest verbunden sind, 5 a ₁, 5 a ₁ Antriebsgas- Zuführöffnungen, welche die Wandung des oberen Zylinderkörpers 14 b ₂ durchsetzen und in den jeweiligen Gasturbinen 10 münden, 5 a ₂, 5 a ₂ Gasauslaßöffnungen, welche die Wandung des oberen Zy­ linderkörpers 14 b ₂ durchsetzen und in die Außenseite des obe­ ren Zylinderkörpers 14 b ₂ münden, 12, 12 kopfteilseitige Schub­ gaslager, die an der oberen Innenwandungsfläche des oberen Zy­ linderkörpers 14 b ₂ angebracht sind, 8 a ₃ eine Traggasauslaßöff­ nung, welche die Wandung des oberen Zylinderkörpers 14 b ₂ durchsetzen und in die kopfteilseitigen Schubgaslager 12, 12 münden, wobei der Rotationskörper 2 a durch das untere Radial­ gaslager 9, das obere Radialgaslager 11 und die kopfteilseiti­ gen Schubgaslager 12, 12 drehbar gelagert ist. Weiterhin sind die vorstehend beschriebenen Teile durch den Innengehäuseblock 19 umschlossen, von denen die rotierenden Teile aus Keramik bestehen.

Weiterhin betreffen die Bezugszeichen 5 a und 5 b in Fig. 5 An­ triebsgas-Zuführrohrleitungen zum Zuführen eines Antriebsgases jeweils zu den Turbinen 5 und 10 der Turbomolekularpumpe 1 und der Rotationspumpe 2, 25 ein Automatikventil, das in der An­ triebsgas-Zuführrohrleitung 5 a vorgesehen ist, die in Verbin­ dung steht mit den jeweiligen Antriebsgas-Zuführöffnungen 5 a ₁, während die Gaszuführrohrleitung 5 b in Verbindung steht mit den jeweiligen Antriebsgas-Zuführöffnungen 5 b ₁. Weiterhin be­ treffen die Bezugszeichen 8 a und 8 b Traggas- Zuführrohrleitungen zum Zuführen eines Rotationskörper- Traggases an die Gaslager der Turbomolekularpumpe 1 und die Rotationspumpe 2, 25 b ein Automatikventil, das in der Traggas- Zuführrohrleitung 8 a vorgesehen ist, welche in Verbindung steht mit den Traggas-Zuführöffnungen 8 a ₁, 8a ₂ und 8a ₃, wäh­ rend die Traggas-Zuführrohrleitung 8 b in Verbindung steht mit den Traggas-Zuführöffnungen 8 b ₁, 8 b ₂ und 8 b ₃. Weiterhin be­ trifft das Bezugszeichen 21 eine Gasüberführungsleitung zum Leiten eines Abgases von der Turbomolekularpumpe 1 zu der An­ saugöffnung der Rotationspumpe 2, 22 eine Gasüberführungslei­ tung zum Leiten eines zwischen der kontaktlosen Dichtung 3 und dem Radialgaslager 4 eingeschlossenen Gases an die Rotations­ pumpe 2, 23 eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotationspumpe 2 an eine externe Rohrleitung, 25 c ein Automatikventil, das in der Gasauslaßrohrleitung 23 vorgesehen ist, 24 eine weitere Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Ab­ gases von der Gasturbine 5 und den Gaslagern 4, 6 und 7 in der Turbomolekularpumpe 1 und von der Gasturbine 10 und den Gasla­ gern 9, 11 und 12 in der Rotationspumpe 2 zu einer externen Rohrleitung, 25 d ein Automatikventil, das in der Gasauslaß­ rohrleitung 24 vorgesehen ist.

Das Bezugszeichen 28 in den Fig. 5 und 8 betrifft eine Gas- Zuführ-/Auslaßeinheit, die an der Seitenfläche des Außengehäu­ ses 27 vorgesehen ist, und die zusammengesetzt ist aus Mehrla­ gen-Flachplatten 28 a-28 e, Trennplatten 29 a-29 c, einer An­ triebsgas-Zuführrohrleitung 30, die in Verbindung steht mit den Antriebsgas-Zuführrohrleitungen 5 a und 5 b, einer Traggas- Zuführrohrleitung 31, die in Verbindung steht mit den Traggas- Zuführrohrleitungen 8 a und 8 b, einer Gasauslaßrohrleitung 32, die in Verbindung steht mit der einen Gasauslaßrohrleitung 23, und einer weiteren Gasauslaßrohrleitung, die in Verbindung steht mit der weiteren Gasauslaßrohrleitung 24.

Nachfolgend wird der Betriebsablauf der Vakuumpumpe anhand der Fig. 5 bis 8 näher beschrieben.

Ein Traggas B ₁ wird von der Traggas-Zuführrohrleitung 31 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 den Radialgaslagern 9 und 11 und den Schubgaslagern 12, 12 in der Rotationspumpe 2 zugeführt entlang der Strecke Traggas-Zuführrohrleitung 8 a → Traggas- Zuführöffnungen 8 a ₁, 8 a ₂ und 8 a ₃ (s. Pfeile B ₁ → B ₂ → B ₃). Außerdem wird dieses Gas von der Traggas-Zuführrohrleitung 8 a den Radialgaslagern 4 und 6 und den Schubgaslagern 7,7 der Turbomolekularpumpe 1 zugeführt entlang der Strecke Traggas- Zuführrohrleitung 8 b → Traggas-Zuführöffnungen 8 b ₁, 8 b ₂ und 8 b ₃ (s. Pfeile B ₁ → B ₂ → B ₄). Hierdurch werden der Rota­ tionskörper 1 a der Turbomolekularpumpe 1 und der Rotationskör­ per 2 a der Rotationspumpe drehbar gelagert. Weiterhin wird ein Antriebsgas C ₁ von der Antriebsgas-Zuführrohrleitung 30 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 278 der Gasturbine 10 in der Rota­ tionspumpe 2 zugeführt entlang der Strecke Antriebsgas- Zuführrohrleitung 5 a → Antriebsgas-Zuführöffnungen 5 a ₁, 5 a ₁ (s. Pfeile C ₁ → C ₂ → C ₃). Außerdem wird dieses Gas von der Antriebsgas-Zuführrohrleitung 5 a an die Gasturbine 5 in der Turbomolekularpumpe 1 zugeführt entlang der Strecke Antriebs­ gas-Zuführrohrleitung 5 b → Antriebsgas-Zuführöffnungen 5 b ₁, 5 b ₁ (s. Pfeile C ₁ → C ₂ → C ₄). Hierdurch werden mit hoher Geschwindigkeit drehangetrieben der Rotationskörper 1 a und die Mehrstufen-Laufschaufeln 1 b der Turbomolekularpumpe 1, die ei­ ne Hochvakuum-Evakuierfähigkeit aufweist. Weiterhin wird mit hoher Geschwindigkeit drehangetrieben der Rotationskörper 2 a der Rotationspumpe 2, die eine Niedrigvakuum-Evakuierfähigkeit aufweist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas auf der Seite der Ansaugöffnung 27 a des Außengehäuses 27 ausgeleitet an die eine Gasauslaßrohrleitung 32 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 entlang der Strecke Turbomolekularpumpe 1 → Gasüberführungs­ rohrleitung 21 → Rotationspumpe 2 → die eine Gasauslaß­ rohrleitung 23 (s. Pfeile A ₁ → A ₂ → A ₃ → A ₄ → A ₅ → A ₆). Auch das zwischen der kontaktfreien Dichtung 3 und dem Radialgaslager 4 eingeschlossene Gas wird durch die Gasüber­ führungsrohrleitung 22 an die Rotationspumpe 2 überführt und gemeinsam mit dem erstgenannten Abgas ausgeleitet an die eine Gasauslaßrohrleitung 32 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 über die eine Gasauslaßrohrleitung 23, um die Seite der An­ saugöffnung 19 a der Vakuumpumpeneinheit 26 auf ein hohes Vaku­ um zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Seite der Aus­ laßöffnung der Rotationspumpe 3 das Gas mit einem nahe am At­ mosphärendruck liegenden Druck ausgeleitet. Zusätzlich werden das Traggas, das den Gaslagern 9, 11 und 12, 12 in der Rota­ tionspumpe 2 zugeführt wird und das Antriebsgas, das der Gasturbine der Rotationspumpe 2 zugeführt wird, von den Gas­ auslaßöffnungen 5 a ₂, 5 a ₂ ausgeleitet durch die weitere Gasaus­ laßrohrleitung 24 an die weitere Gasauslaßrohrleitung 33 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 (s. Pfeile D ₁ → D ₃ → D ₄). Außerdem werden das Traggas, das den Gaslagern 4, 6 und 7, 7 in der Turbomolekularpumpe zugeführt wird, und das Antriebsgas, das der Gasturbine 5 in der Turbomolekularpumpe 1 zugeführt wird, von den Gasauslaßöffnungen 5 b ₂, 5 b ₂ ausgeleitet durch die weitere Gasauslaßrohrleitung 24 zu der weiteren Gasauslaß­ rohrleitung 33 in der Gas-Zuführ-/Auslaßeinheit 28 (s. Pfeile D ₂ → D ₃ → D ₄). Während die vorstehend beschriebenen Be­ triebsabläufe eine einzige Vakuumpumpeneinheit 26 innerhalb des Außengehäuses 27 betreffen, laufen ähnliche Betriebsabläu­ fe in den jeweils weiteren Vakuumpumpeneinheiten 26 ab, die in dem Außengehäuse 27 angeordnet sind.

In dem Falle, daß die erfindungsgemäße Vakuumpumpe an einem Ort zum Einsatz gelangt, an dem radioaktive Substanzen gehand­ habt werden, ist es vorgesehen, ein Strahlenabschirm-Material zu verwenden, wie beispielsweise Wasser, das von einer (nicht dargestellten) Zuführöffnung entweder dem Raumabschnitt zu­ geführt wird, der zwischen den Rotationskörpern 1 a, 2 a und den Innengehäuseblöcken 19, 20 ausgebildet ist, oder dem Raumab­ schnitt, der zwischen den Innengehäuseblöcken 19, 20 und dem Außengehäuse 27 ausgebildet ist, wobei der jeweilige Raumab­ schnitt (mit Wasser) aufgefüllt wird, um gleichzeitig die Strahlungen abzuschirmen und die Kühlung dieser Gehäuse zu be­ sorgen. In diesem Fall werden die Gasauslaßöffnungen 5 a ₂ und 5 a ₂ über eine (nicht dargestellte) Gasauslaßrohrleitung an ei­ ne Gasauslaßleitung außerhalb der Innengehäuseblöcken 19, 20 angeschlossen.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, zeichnet sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe aus durch eine Mehrzahl von Vakuumpumpeneinheiten, die innerhalb eines Außengehäuses (gleichmäßig) angeordnet sind, das in seinem oberen Abschnitt mit einer Ansaugöffnung versehen ist, wobei jede der Vakuumpumpeneinheiten zweistufig aufgebaut ist aus oberen und unteren Innengehäuseblöcken und einem Pumpenele­ ment, das in den Innengehäuseblöcken angeordnet ist. Dieses Pumpenelement besteht aus einer Turbomolekularpumpe mit einem Rotationskörper, Gaslagern zur drehbaren Lagerung des Rota­ tionskörpers, und Mehrstufen-Laufschaufeln, die an dem Rota­ tionskörper vorgesehen sind. An dem Rotationskörper ist eine Rotationskörper-Antriebsgasturbine vorgesehen, und Zylinder­ körper umschließen die jeweiligen Teile. Weiterhin ist eine Rotationspumpe vorgesehen mit einem Rotationskörper, einem feststehenden Hohlkörper, an dessen Innenumfangsfläche Schrau­ bengewinde ausgebildet sind, und Gaslager zur drehbaren Lage­ rung des zuletzt erwähnten Rotationskörpers innerhalb des feststehenden Hohlkörpers. An dem zuletzt erwähnten Rotations­ körper ist eine Rotationskörper-Antriebsgasturbine vorgesehen, wobei Zylinderkörper die jeweiligen Teile umschließen. Weiter­ hin ist vorgesehen eine Antriebsgas-Zuführrohrleitung zum Zu­ führen eines Antriebsgases an die Gasturbinen in der Turbo­ molekularpumpe und in der Rotationspumpe, sowie eine Traggas- Zuführrohrleitung zum Zuführen eines Rotationskörper-Traggases an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe. In der Rotations­ pumpe ist eine Gasüberführungsrohrleitung vorgesehen zum Lei­ ten eines Abgases von der Turbomolekularpumpe an eine Ansaug­ öffnung der Rotationspumpe, sowie eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotationspumpe an eine ex­ terne Rohrleitung und eine weitere Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von den Gasturbinen in der Turbomoleku­ larpumpe und in der Rotationspumpe an eine externe Rohrlei­ tung. Selbst dann, wenn die aus sprödem Material bestehenden Laufschaufeln in der Turbomolekularpumpe bezüglich ihres Durchmessers reduziert werden, kann eine hohe Evakuierungsge­ schwindigkeit erzielt werden, wie sie in einer Nuklearfusions­ anlage erforderlich ist, und das aus einem Hochvakuumbereich abgesaugte Gas kann auf einen Druck nahe dem Atmosphärendruck angehoben werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Zerstörung der, wie vorstehend ausgeführt durchmesserreduzier­ ten Laufschaufeln eben deshalb vermieden wird, so daß die Be­ triebssicherheit der Vakuumpumpe (im Vergleich zum Stand der Technik) gesteigert ist. Und selbst dann, wenn die Laufschau­ feln doch zerstört werden sollten, werden wegen des diese um­ schließenden Innengehäuseblocks Bruchstücke der Laufschaufeln nicht in die benachbarte Vakuumpumpeneinheit geschleudert. Da weiterhin die jeweiligen bzw. sämtliche Vakuumpumpeneinheiten von einem Außengehäuse umschlossen sind, kann das Austreten eines radioaktiven Gases in die Umgebung verhindert werden, so daß die Pumpe auch unter diesem Aspekt wesentlich sicherer ist als die Vakuumpumpe nach dem Stand der Technik.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe besteht darin, daß verschiedene Vakuumpumpeneinheiten mit unterschied­ lichen Evakuiergeschwindigkeiten innerhalb des Außengehäuses angeordnet werden können, wobei diese Vakuumpumpeneinheiten in ausgewählter Weise einsetzbar sind, so daß die Vakuumpumpe mit jeder gewünschten Evakuiergeschwindigkeit von einer hohen bis zu einer niedrigen Evakuiergeschwindigkeit betrieben werden kann. Mit anderen Worten kann die derart ausgerüstete erfin­ dungsgemäße Vakuumpumpe an wechselnde Lasten angepaßt werden.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, zeichnet sich eine weitere Ausführunsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe aus durch eine Mehrzahl von Vakuumpumpeneinheiten, die in dem mit einer Ansaugöffnung versehenen Außengehäuse regelmäßig an­ geordnet sind und jeweils bestehen aus einem Innengehäuseblock und einem Pumpelement, das innerhalb des Innengehäuseblocks an­ geordnet ist und an seinem unteren Abschnitt eine Ansaugöff­ nung aufweist. Die Pumpeneinheit ist aufgebaut aus einer Tur­ bomolekularpumpe mit einem Rotationskörper, Gaslagern zur drehbaren Lagerung des Rotationskörpers, Mehrstufen- Laufschaufeln, die am Rotationskörper vorgesehen sind, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen. Weiterhin ist eine Rotationspumpe vorgesehen mit einem Rotationskörper, einem stationären Hohlkörper, an dessen Innenumfangsfläche Schraubengewinde ausgebildet sind, Gaslagern zum drehbaren Lagern des Rotationskörpers innerhalb des stationären Hohlkörpers, einer Rotationskörper-Antriebs­ turbine, die an dem Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylin­ derkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen. Eine An­ triebsgas-Zuführrohrleitung dient zum Zuführen von Antriebsgas an die Gasturbinen in der Turbomolekularpumpe, eine Traggas- Zuführrohrleitung zum Leiten eines Rotationskörpertraggases an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe und in der Rotations­ pumpe. Weiterhin sind vorgesehen eine Gasüberführungsrohrlei­ tung zum Leiten von Abgas von der Turbomolekularpumpe an die Ansaugöffnung der Rotationspumpe, eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotationspumpe an eine exter­ ne Rohrleitung und eine weitere Gasauslaßrohrleitung zum Lei­ ten eines Abgases von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbomolekularpumpe und der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung. Selbst dann, wenn die aus einem spröden Material bestehenden Laufschaufeln in der Turbomolekularpumpe bezüglich ihres Durchmessers reduziert werden, kann eine hohe Evakuier­ geschwindigkeit erzielt werden, wie sie in einer Nuklearfusi­ onsanlage oder einer ähnlichen Anlage erforderlich ist, und das von einem Hochvakuumbereich angesaugte Gas kann bezüglich seines Druckes auf einen nahe am Atmosphärendruck liegenden Druck angehoben werden. Da weiterhin, wie vorstehend ausge­ führt, die aus sprödem Material bestehenden Laufschaufeln be­ züglich ihres Durchmessers reduziert werden können, kann eine Zerstörung der Laufschaufeln vermieden werden (eine Zerstö­ rungsgefahr also vermieden werden, die bei Laufschaufeln gro­ ßen Durchmessers stets besteht), ebenso wie ein Eindringen von Fremdmaterial, so daß die Sicherheit der Vakuumpumpe (im Ver­ gleich zu derjenigen nach dem Stand der Technik) entschieden erhöht ist. Selbst dann, wenn die Laufschaufeln doch zerstört werden sollten, können, wegen dem Vorhandensein des Innenge­ häuseblockes Bruchstücke der Laufschaufeln nicht in die be­ nachbarte Vakuumpumpeneinheit eindringen. Da die jeweiligen Vakuumpumpeneinheiten weiterhin von einem Außengehäuse um­ schlossen sind, wird ein Entweichen von radioaktivem Gas an die Umgebung verhindert, was ebenfalls entscheidend zu einem sicheren Pumpenbetrieb beiträgt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe besteht darin, daß verschiedene Vakuumpumpeneinheiten mit unterschied­ lichen Evakuiergeschwindigkeiten innerhalb des Außengehäuses angeordnet werden können, wobei diese Vakuumpumpeneinheiten in ausgewählter Weise einsatzbar sind, so daß die Vakuumpumpe mit jeder gewünschten Evakuiergeschwindigkeit, von einer hohen bis zu einer niedrigen Evakuiergeschwindigkeit, betrieben werden kann. Mit anderen Worten kann die derart ausgerüstete erfin­ dungsgemäße Vakuumpumpe an wechselnde Lasten angepaßt werden.

Vorteilhaft ist schließlich auch, daß ein gleichzeitiges Ab­ schirmen von radioaktiver Strahlung und Kühlen des Gehäuses dadurch erzielt wird, daß ein Strahlungsabschirmmaterial, wie beispielsweise Wasser oder dergleichen in den Raumabschnitt eingefüllt wird, der zwischen der Turbomolekular- sowie der Rotationspumpe oder dergleichen und dem Innengehäuseblock be­ steht oder in den Raumabschnitt, der zwischen dem Innengehäu­ seblock und dem Außengehäuse der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe besteht, die zur Handhabung von radioaktivem Material verwen­ det wird.

Claims (4)

1. Vakuumpumpe, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vakuum­ pumpeneinheiten, die in einem Außengehäuse angeordnet sind, das mit einer Ansaugöffnung in seinem oberen Abschnitt ver­ sehen ist, wobei jede der Vakuumpumpeneinheiten zweistufig aus einem oberen und einem unteren Innengehäuseblock aufge­ baut ist, in denen ein Pumpenelement angeordnet ist, das aus einer Turbomolekularpumpe besteht, mit einem Rotations­ körper, Gaslagern zum drehbaren Lagern des Rotationskör­ pers, Mehrstufen-Laufschaufeln, die am Rotationskörper vor­ gesehen sind, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, sowie einer Rota­ tionspumpe mit einem Rotationskörper, einem stationären Hohlkörper, an dessen Innenumfangswandung Schraubengewinde ausgebildet sind, Gaslagern zum drehbaren Lagern des letzt­ genannten Rotationskörpers innerhalb des stationären Hohl­ körpers, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem letztgenannten Rotationskörper vorgesehen ist, und Zy­ linderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, wo­ bei weiterhin vorgesehen sind eine Antriebsgas-Zuführrohr­ leitung zum Zuführen eines Antriebsgases an die Gasturbinen der Turbomolekularpumpe und der Rotatationspumpe, eine Traggas-Zuführrohrleitung zum Zuführen eines Rotationskör­ pertraggases an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe und in der Rotationspumpe, eine Gasüberführungsrohrleitung von der Turbomolekularpumpe an eine Ansaugöffnung der Rota­ tionspumpe, eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Ab­ gases von der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung sowie eine weitere Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbo­ molekularpumpe und in der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung.

2. Vakuumpumpe, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vakuum­ pumpeneinheiten, die in einem Außengehäuse angeordnet sind, das mit einer Ansaugöffnung in seinem oberen Abschnitt ver­ sehen ist, wobei jede der Vakuumpumpeneinheiten aus einem Innengehäuseblock aufgebaut ist, der in seinem unteren Ab­ schnitt eine Ansaugöffnung aufweist, und in welchem ein Pumpenelement angeordnet ist, das aus einer Turbomolekular­ pumpe besteht, mit einem Rotationskörper, Gaslagern zum drehbaren Lagern des Rotationskörpers, Mehrstufen- Laufschaufeln, die am Rotationskörper vorgesehen sind, ei­ ner Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem Rota­ tionskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, sowie einer Rotationspumpe mit einem Rotationskörper, einem stationären Hohlkörper, an dessen Innenumfangswandung Schraubengewinde ausgebildet sind, Gaslagern zum drehbaren Lagern des letztgenannten Ro­ tationskörpers innerhalb des stationären Hohlkörpers, einer Rotationskörper-Antriebsgasturbine, die an dem letztgenann­ ten Rotationskörper vorgesehen ist, und Zylinderkörpern, welche die jeweiligen Teile umschließen, wobei weiterhin vorgesehen sind eine Antriebsgas-Zuführrohrleitung zum Zu­ führen eines Antriebsgases an die Gasturbinen der Turbomo­ lekularpumpe und der Rotationspumpe, eine Traggas-Zuführ­ rohrleitung zum Zuführen eines Rotationskörpertraggases an die Gaslager in der Turbomolekularpumpe und in der Rota­ tionspumpe, eine Gasüberführungsrohrleitung von der Turbo­ molekularpumpe an eine Ansaugöffnung der Rotationspumpe, eine Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung sowie eine wei­ tere Gasauslaßrohrleitung zum Leiten eines Abgases von den Gasturbinen und den Gaslagern in der Turbomolekularpumpe und in der Rotationspumpe an eine externe Rohrleitung.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Strahlungsabschirm-Material, das in den Raumabschnitt eingefüllt ist, der von dem Rotationskörper und dem Innen­ gehäuseblock bestimmt ist oder von dem Raumabschnitt, der bestimmt ist von dem Innengehäuseblock und dem Außengehäu­ se.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die rotierenden Teile in der Turbomolekularpumpe und in der Rotationspumpe aus Keramik bestehen.