DE3932228A1 - Turbovakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbovakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der JP-A-62/1 13 887 ist eine Turbovakuumpumpe beschrie­ ben, in deren Auslaßöffnung Athmosphärendruck aufrechter­ halten wird. Bei dieser Turbovakuumpumpe sind in Axial­ richtung ein erstes Laufrad und eine Diffusorhalteplatte angeordnet, während zweite Laufräder und Halteplatten abwechselnd angeordnet sind. Aus diesem Grund müssen die Diffusorhalteplatte und die Halteplatten als zweiteilige Montagestücke ausgebildet werden.

Um eine zufriedenstellende Pumpenleistung zu erreichen, muß bei dieser Vakuumpumpe ein vorgegebener kleiner Spalt zwischen den Laufrädern und den jeweiligen Halteplatten aufrecht erhalten werden, insbesondere zwischen den zwei­ ten Laufrädern und den Halteplatten. Im Falle von zwei­ teiligen Montagestücken der Halteplatten bzw. stationären Platten ist die Bearbeitungsgenauigkeit wegen des kom­ plexen Aufbaus schwierig aufrechtzuerhalten, so daß der erwähnte kleine Spalt für die Pumpleistung nicht gewähr­ leistet werden kann.

Bei der in der JP-A-62/29 796 beschriebenen bekannten Pum­ pe werden Radialschaufeln eingesetzt, wobei die Verdich­ tung durch Bildung eines Dralls hauptsächlich aufgrund der Zentrifugalkraft bewirkt wird.

Bei einer anderen, aus der JP-A-63/1 47 989 bekannten Pumpe ist jede Schaufel eine insgesamt vorwärts gekrümmte Schau­ fel. Die Strömung wird mit Hilfe der Schaufeln so abge­ lenkt, daß ein Drall gebildet wird, wodurch sich die Ver­ dichtung ergibt.

Obwohl bei der Anordnung nach der JP-A-62/29 796 eine Ver­ dichtung durch ausreichende Nutzung der Zentrifugalkraft bewirkt wird, ist die Funktion der Schaufeln, d. h. die Wirkung der Strömungsablenkung nicht berücksichtigt. So­ mit ergibt sich das Problem, daß das Verdichtungsverhält­ nis der Zentrifugalstrompumpe nicht gesteigert werden kann, um eine hohe Leistung zu erreichen.

Bei der Anordnung nach der JP-A-63/1 47 989 wird durch aus­ reichende Nutzung der Wirkung der Schaufeln die Verdich­ tung bewirkt, die Ausnutzung der Zentrifugalkraft wird jedoch nicht berücksichtigt. Dadurch besteht bei diesem Stand der Technik das Problem, daß das Verdichtungsver­ hältnis der Zentrifugalstrompumpe zur Erzielung einer hohen Leistung nicht gesteigert werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht des­ halb darin, eine Turbovakuumpumpe zu schaffen, bei wel­ cher bei einfacher Herstellung und einfacher Abmessungs­ kontrolle Änderungen in der Pumpenleistung aufgrund ver­ schiedener Faktoren des Herstellungsprozesses auf ein Minimum reduziert werden können, wobei verglichen mit den herkömmlichen Turbovakuumpumpen eine höhere Pumpenlei­ stung erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbovaku­ umpumpe gelöst, die ein Umfangsstromlaufrad mit einem Rotationselement aufweist, das eine konische Gestalt mit einem treppenhausförmigen äußeren Umfang hat und eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, die an Abschnitten an­ grenzend an die vorstehenden Kanten der jeweiligen Stufen des Rotationselements festgelegt sind. Der Stator liegt dem Umfangsstromlaufrad mit einem kleinen Spalt dazwi­ schen gegenüber. Längs eines konkaven Abschnitts einer jeder der Stufen des treppenhausförmigen inneren Umfangs ist ein Umfangstrompumpen-Strömungskanal ausgebildet, um eine Reihenverbindung zwischen den Umfangsstrompumpen- Strömungskanälen der einzelnen Pumpenstufen herzustellen, so daß die Umfangsstrompumpen-Strömungskanäle ein Stück bilden.

Die Erfindung wird ferner durch eine Turbovakuumpumpe ge­ löst, die ein Gehäuse mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung und einer Vielzahl von Stufen von Pumpen aufweist, die in dem Gehäuse in Axialrichtung angeordnet sind. Jede der Pumpen hat einen Rotor und einen dem Rotor gegenüberliegenden Stator. Die Turbovakuumpumpe ist so angeordnet, daß ein Gas durch die Einlaßöffnung angesaugt und die Luft durch die Auslaßöffnung unter Atmosphären­ druck gefördert wird. Die Pumpe ist dahingehend verbes­ sert, daß eine Umfangsstrompumpe mit Schaufeln vorgesehen ist, die an Abschnitten ausgebildet sind, die sich von dem Rotor in Axialrichtung erstrecken, wobei Umfangsstrom­ kanäle längs der Umfangsabschnitte des Stators gegenüber den Schaufeln in Axialrichtung ausgebildet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Axialschnitt eine erste Ausführungsform einer Turbovakuumpumpe,

Fig. 2A in einer Einzelheit im Längsschnitt die Schau­ feln des Umfangsstromlaufrads von Fig. 1,

Fig. 2B einen Schnitt in Richtung des Pfeils A von Fig. 1,

Fig. 2C in einem Schnitt die Schaufeln, gesehen in Rich­ tung des Pfeils B von Fig. 2A,

Fig. 3 in einer Schnittansicht wie Fig. 2B ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaufeln,

Fig. 4 im Axialschnitt die Schaufeln einer zweiten Aus­ führungsform einer Turbovakuumpumpe,

Fig. 5 im Längsschnitt die Schaufeln einer dritten Aus­ führungsform einer Turbovakuumpumpe,

Fig. 6A im Axialschnitt die Schaufeln einer vierten Aus­ führungsform einer Mehrpumpenstufen-Vakuumpumpe in Umfangsstrombauweise,

Fig. 6B den Schnitt B-B von Fig. 6A,

Fig. 7 im Axialschnitt eine fünfte Ausführungsform ei­ ner Turbovakuumpumpe,

Fig. 8 im Axialschnitt eine sechste Ausführungsform einer Turbovakuumpumpe,

Fig. 9 den Schnitt A-A von Fig. 8,

Fig. 10 den Schnitt B-B von Fig. 9,

Fig. 11 im Axialschnitt eine siebte Ausführungsform ei­ ner Turbovakuumpumpe,

Fig. 12 im Axialschnitt eine achte Ausführungsforn einer Turbovakuumpumpe und

Fig. 13 in einem Diagramm einen Leistungsvergleich zwi­ schen der Erfindung und dem Stand der Technik.

Die in Fig. 1 gezeigte Turbovakuumpumpe hat einen Pumpen­ abschnitt, der aus einem Umfangsstromlaufrad 30, einem Stator 31 mit einer Förderöffnung 11 B und einer Abdeckung 32 mit einer Ansaugöffnung 11 A zusammengesetzt ist, sowie einen Antriebsabschnitt mit einer Welle 12, die für die Drehung um eine Achse in einem Gehäuse 11 in einem Lager 21 gelagert ist, und mit einem Hochfrequenzmotor 15, der auf der Welle 12 angeordnet ist.

Das Umfangsstromlaufrad 30 hat eine im wesentlichen koni­ sche Form, wobei ihr Außendurchmesser in einer Richtung wie ein Treppenhaus zunimmt, was in Fig. 2A gezeigt ist. An einer konvexen Kante einer jeden Stufe ist eine Viel­ zahl von Schaufeln 33 befestigt.

Wie aus Fig. 2A und 2B zu ersehen ist, ist der Stator 31 gegenüber dem Umfangsstromlaufrad 30 mit einem kleinen Spalt dazwischen angeordnet. Umfangsstromkanäle 34 sind so ausgebildet, daß sie die Schaufeln 33 des Umfangsstrom­ laufrads 30 umgeben. Dabei sind Abstreifer oder Trenn­ wände 35 derart ausgebildet, daß Einlaßöffnungen 34 A und eine Auslaßöffnung 34 B jeweils nahe den gegenüberliegen­ den Enden der Abstreifer angeordnet sind, um so eine Ver­ bindung mit den Umfangsstromkanälen 34 herzustellen.

Dadurch liegen das Umfangsstromlaufrad 30 und der Stator 31 einander nach Art einer zylindrischen Treppenhausform gegenüber, deren Druchmesser in eine Richtung zunimmt. Auch wenn das Umfangsstromlaufrad 30 und der Stator 31 durch einstückige Ausformung hergestellt werden, ist so­ mit eine Montage oder Demontage möglich, indem sie rela­ tiv zueinander in Axialrichtung verschoben werden.

Die vorstehend beschriebene Turbovakuumpumpe arbeitet folgendermaßen:

Durch die Ansaugöffnung 11 A angesaugtes Gas tritt durch die Einlaßöffnung 34 A in den Umfangsstromkanal 34 ein und strömt dann in die Räume zwischen den Schaufeln 33 des Umfangsstromlaufrads 30. Das Gas wird durch die mit hoher Drehahl rotierenden Schaufeln 33 in Radialrichtung beschleunigt und aus den Räumen zwischen den Schaufeln 33 in Radialrichtung durch die Zentrifugalkraft abgeführt. Das abgeführte Gas wird in dem Umfangsstromkanal 34 ver­ zögert. Nach dem Anstieg des Drucks des Gases tritt die­ ses wieder zwischen die Schaufeln 33 drallförmig ein, was durch einen Pfeil P in Fig. 2A veranschaulicht ist.

In der Folge wiederholt das Gas den vorstehenden Prozeß mehrfach in dem Umfangsstromkanal 34, während es in dem Umfangsstromkanal 34 strömt. Da das Gas schraubenförmig durch den Umfangsstromkanal strömt, kann ein ausreichen­ der Betrag an Energie von dem Umfangsstromlaufrad 30 er­ halten werden. Mit der beschriebenen Ausführungsform kann somit ein hohes Verdichtungsverhältnis erreicht werden.

Wenn eine einfache Herstellung von Bedeutung ist, kann jede der Schaufeln 33 in einer geraden Form ausgebildet werden, wie dies in Fig. 2C gezeigt ist. Wenn eine Ver­ besserung der Pumpleistung wesentlich ist, können die Enden der Schaufeln auf der Einlaßseite des schrauben­ förmig strömenden Gases so ausgebildet werden, daß sie in Richtung des Gasstroms gekrümmt sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Das Gas zwischen dem Umfangsstromlaufrad 30 und dem Sta­ tor 31 sorgt dafür, daß die Pumpenleistung um die Dich­ tungsabschnitte 34 C zwischen den Pumpenstufen herum am schlechtesten ist. Der Einfluß des Spaltes 35 A des Ab­ streifers, durch den die Schaufeln 33 durchgehen können, wobei komprimiertes Gas dazwischen gehalten wird, ist jedoch relativ gering.

Da die radialen Spalte der Abdichtungen 34 C zwischen den Pumpstufen eine Leistungsverschlechterung bei der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform verursachen, ist die Einstel­ lung dieser Spalte wesentlich, wobei axiale Spalte bis zu einem bestimmten Ausmaß groß gestaltet werden können.

Wenn andererseits die radialen Spalte der Abdichtungen 34 C zwischen den Pumpenstufen groß gemacht werden, braucht der Pumpe lediglich eine Gestalt gegeben zu wer­ den, die ermöglicht, daß nur axiale Spalte in den Abdich­ tungen 34 C zwischen den Pumpenstufen ausgebildet werden, was in Fig. 4 gezeigt ist.

Bei dieser Ausführung können nur die axialen Spalte in den Dichtungen 34 C zwischen der Pumpstufe durch Bilden der Dichtungen 34 C in der Radialrichtung ausgebildet wer­ den. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine starke Ver­ schlechterung der Pumpleistung an jeder Stufe zu verhin­ dern.

Wenn die Abdichtungen 34 C radiale Spalte haben, wie dies in Fig. 2A gezeigt ist, können die Durchmesserdifferenzen zwischen den Stufen des Laufrads 30 kleiner als die Höhen der Schaufel 33 gemacht werden, was in Fig. 5 gezeigt ist.

Da in diesem Fall die Dichtungen 34 C radiale Spalte haben, kann sich die Leistung der Pumpe in einem geringen Ausmaß verschlechtern, jedoch können die Durchmesserdifferenzen zwischen den Stufen des Laufrads 30 verglichen mit dem Fall klein gemacht werden, in welchem das Radiusverhält­ nis des Umfangsstromlaufrads 30 an jeder Stufe festgelegt ist, wobei das Laufrad die Einlaßöffnung 34 A und die Aus­ laßöffnung 34 B für jeden Umfangsstrom aufweist. Da die Anzahl der Stufen der Pumpe erhöht werden kann, ist es somit möglich, ein größeres Verdichtungsverhältnis zu verwirklichen.

In einer Pumpe, deren Dichtungen 34 C zwischen den Pumpen­ stufen radiale Spalte haben, was in Fig. 2A gezeigt ist, ist es möglich, wenn die Schaufeln 33 und Kernstücke 36 an den Kantenabschnitten der jeweiligen Stufen des Lauf­ rads 30 vorgesehen sind, wie dies in Fig. 6A und 6B ge­ zeigt ist, eine Pumpe mit einer höheren Leistung zu er­ zielen.

Da die Abdichtungen 34 C radiale Spalte aufweisen, kann auf einfache Weise ein hohes Verdichtungsverhältnis auf­ grund der Kennlinien der einzelnen Pumpenelemente er­ reicht werden. Somit ist es möglich, die Anzahl der Stu­ fen der Pumpe zu verringern.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Turbovakuum­ pumpe unterscheidet sich von der von Fig. 1 dadurch, daß in dem Gehäuse 11, welches eine Auslaßöffnung 11 B auf­ weist, zusätzlich zu den Umfangsstrompumpenstufen 14′, die aus dem Stator 31 und dem Laufrad 30 gemäß Fig. 1 bestehen, eine Radialstrompumpenstufe 13 vorgesehen ist. Die übrigen, Fig. 1 entsprechenden Bauteile weisen die gleichen Bezugszeichen auf.

Wie vorher erläutert, kann mit der Ausführungsform von Fig. 1 ein hohes Verdichtungsverhältnis durch Ausnutzung des Betriebs erhalten werden, in welchem die Umfangsstrom­ pumpenstufen 14′ dem Gasstrom Geschwindigkeitsenergie geben und Druck erzeugen. Obwohl eine gute Leistung inner­ halb eines Druckbereichs mit viskoser Strömung erreicht werden kann, ist dieser Betrieb in dem Druckbereich einer Übergangsströmung oder einer Molekularströmung weniger wirksam. Als Folge ist der Enddruck der Vakuumpumpe auf einige hundert Pa oder mehr begrenzt, bei welchem die viskose Strömung aufrecht erhalten wird.

Um einen dem Molekularströmungsdruckbereich entsprechen­ den Enddruck zu gewährleisten, wird deshalb bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform eine Radialstrom-Pumpen­ stufe 13, welche eine herkömmliche Pumpe für den Über­ gangsstrom und den Molekularstrom ist, auf der Nieder­ druckseite der Umfangsstrom-Pumpenstufen 14′ vorgesehen. Wenn der Druck zwischen der Radialstrom-Pumpenstufe 13 und den Umfangsstrom-Pumpenstufen 14′ mehrere hundert Pa beträgt, kann der Enddruck dieser Ausführungsform der Vakuumpumpe auf 10^-2 oder 10^-3 Pa gesteigert werden. Außerdem können bei dieser Ausführungsform die Schaufeln 33, wie dies in Fig. 2C und 3 gezeigt ist, in eine geeig­ nete Form für eine einfache Herstellung oder für eine gesteigerte Leistung der Pumpe gebracht werden.

Der Spalt zwischen dem Umfangsstromlaufrad 30 und dem Stator 31 kann zu einer Verschlechterung der Pumpen­ leistung führen und zwar am stärksten an Abschnitten der Dichtungen 34 C zwischen den Pumpenstufen, jedoch ist der Einfluß der Spalte 35 A der Abstreifer 35 relativ klein, durch welche die Schaufel 33 hindurchgehen, wobei kompri­ miertes Gas dazwischen gehalten wird.

Da bei dieser Ausführungsform, wie dies auch in Fig. 2A gezeigt ist, die radialen Spalte der Dichtungen 34 C zwi­ schen den Pumpenstufen eine Verschlechterung der Leistung in großem Ausmaß verursachen, ist die Einstellung dieses Spalts wesentlich, wobei ein axialer Spalt bis zu einem bestimmten Ausmaß groß gemacht werden kann.

Wenn die radialen Spalte der Dichtungen 34 C groß gemacht werden, muß die Pumpe so gebaut werden, daß nur die axia­ len Spalte an den Dichtugnen 34 C zwischen den Pumpenstu­ fen ausgebildet sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Obwohl bei der vorstehenden Ausführungsform eine Radial­ strom-Pumpenstufe verwendet wird, ist die Erfindung auf eine solche Anordnung nicht beschränkt. So kann beispiels­ weise auch eine Axialstrom-Schraubenpumpe verwendet wer­ den, die die Funktion einer Molekularpumpe oder einer Axialstrom-Molekularpumpe hat, die Schaufeln mit geringer Höhe benutzt.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist ein Rotor 51 in einem Gehäuse 53 angeordnet, das eine Einlaßöffnung 52 und eine Auslaßöffnung 61 hat, wobei der Rotor 51 auf eine Welle 54 aufgeschrumpft ist. Der Rotor 51 hat Ringab­ schnitte, die sich axial von seiner Außenumfangsseite aus erstrecken und die als Schaufeln 55 ausgebildet sind. Die Schaufeln 55 bestehen aus Vorwärtsbogenschaufeln, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Zwischen den Schaufeln 55 und dem lnnenumfang eines Umfangsstrom-Pumpenstators 56, der den Schaufeln 55 gegenüberliegt, werden Umfangsstrom­ kanäle 57 gebildet. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist an jeden der Umfangsstromkanäle 57 an einer Umfangsposition ein Abstreifer 58 ausgebildet. Die Abstreifer 58 sind so geformt, daß sie im wesentlichen alle Räume an der inneren Umfangsseite, der äußeren Umfangsseite und der axialen Seite des Rotors einnehmen, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. An der Vorderseite und der Rückseite der Abstreifer 58 jeweils in Drehrichtung N gesehen, sind Ansaugöffnungen 59 und Förderöffnungen 60 ausgebildet. Die Welle 54 ist in einem Lager 63, das in einer Basis 62 sitzt, und in einem Lager 65 gelagert, das in einer Basis 64 sitzt. Die Schnierung der Lager 63 und 65 er­ folgt durch Ansaugen von Schmieröl 67, das in einem Öl­ tank 66 gespeichert ist, und zwar zentral in der Welle 54. Der Rotor 51 wird von einem Motorstator 69, der in einem Motorgehäuse 68 festgelegt ist, und von einem Motor­ rotor 70 angetrieben, der auf der Welle 54 festgelegt und drehbar in dem Motorstator 69 eingesetzt ist.

Die derart gebaute Turbovakuumpumpe arbeitet folgender­ maßen.:

Wenn der Rotor 51 von dem Motorrotor 70 und dem Stator 69 mit hoher Drehzahl angetrieben wird, werden aus der Einlaßöffnung 52 Gasmoleküle angesaugt und durch die Wir­ kung der Umfangsstrompumpe durch die Auslaßöffnung 61 gefördert. Ein mit der Einlaßöffnung 61 verbundener, nicht gezeigter Vakuumbehälter kann durch diese Pumpwir­ kung evakuiert werden. Um eine wirksame Förderung zu ver­ wirklichen, ist es in diesem Fall wesentlich, die Lei­ stung der Umfangsstrompumpe zu erhöhen. Aus diesem Grund ist bei dieser Ausführungsform eine Umfangsstrompumpe vorgesehen, die die Vorwärtsbogenschaufeln 55, die an dem sich axial erstreckenden Ringabschnitt des Rotors 51 aus­ gebildet sind, und die Umfangsstromkanäle 57 aufweist, die zwischen den Vorwärtsbogenschaufeln 55 und dem Um­ fangsstrom-Pumpenstator 56 gebildet werden, der den Bogen­ schaufeln 55 in axialer Richtung gegenüberliegt. Bei die­ ser Art der Umfangsstrompumpe können mit den Strömungs­ kanälen 57 in Verbindung stehende Räume an den inneren Umfangsseiten und den äußeren Umfangsseiten der Schaufel 55 vorgesehen werden. Somit kann in wirksamer Weise eine Strömung erzeugt werden, die durch die Räume zwischen den Schaufeln 55 in Radialrichtung von der inneren Umfangs­ seite zu der äußeren Umfangsseite geht, wodurch die Wir­ kung der Zentrifugalkraft wirksam ausgenutzt werden kann. Zusätzlich wird die Strömung in Richtung des in Fig. 10 gezeigten Pfeils durch die Vorwärtsbogenschaufeln 55 ge­ richtet, so daß den Gasmolekülen Energie mitgegeben wer­ den kann.

Die Umfangsstrompumpe dieser Bauweise hat dadurch ein höheres Kompressionsverhältnis als herkömmliche Umfangs­ strompumpen, wodurch eine höhere Leistung erreicht werden kann. Da das Verdichtungsverhältnis der Umfangsstrompumpe größer ist, wird zusätzlich das Verdichtungsverhältnis der gesamten Turbovakuumpumpe größer. Das bedeutet, daß man eine Turbovakuumpumpe hat, die eine höhere Leistung hat.

Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform der Außen­ durchmesser der Umfangsstrompumpe, die auf einer Hoch­ druckförderseite arbeitet, zur Förderseite allmählich kleiner gemacht. Dadurch wird der Scheibenreibungsverlust der Umfangsstrompumpe klein, so daß auch die Motorkapazi­ tät klein gehalten werden kann.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform ist ein Ro­ tor 51 A in einem Gehäuse 53 A angeordnet, das mit einer Einlaßöffnung 52 A versehen ist. Der Rotor 52 A ist auf eine Welle 54 A aufgeschrumpft. An dem Außenumfang des Rotors 51 A sind Axialstrom-Schaufelrotoren 71 und eine Schraubennut- bzw. eine Spiralnut-Molekularpumpe 72 in dieser Reihenfolge von der Einlaßöffnung 52 A aus vorgese­ hen. Die Axialstrom-Schaufelrotoren 71 liegen Axialstrom- Schaufelstatoren 73 in Axialrichtung gegenüber. Die Axial­ strom-Schaufelstatoren 73 sind an einem Umfangsstrom-Pum­ penstator 56 A über Distanzstücke 74 und 75 gehalten. Die Schaufeln 55 A sind an Abschnitten ausgebildet, die sich in der inneren Umfangsseite des Rotors 51 A axial erstrec­ ken. Die Schaufeln 55 A sind Vorwärtsbogenschaufeln, wie sie in Fig. 9 gezeigt sind. Zwischen den Schaufeln 55 A und dem Umfangsstrom-Pumpenstator 56 A, der den Schaufeln 55 A in Axialrichtung gegenüberliegt, werden Umfangsstrom­ kanäle 57 A gebildet. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist in jedem der Umfangsstromkanäle 57 A jeweils an einer Umfangs­ position ein Abstreifer 58 A ausgebildet.

Die Abstreifer 58 A sind so gestaltet, daß sie im wesent­ lichen die gesamten Räume an den inneren Umfangsseiten, den äußeren Umfangsseiten und den axialen Seiten des Ro­ tors 51 A einnehmen, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. An der Vorderseite bzw. an der Rückseite der Abstreifer 58 A gesehen in Drehrichtung N sind Ansaugöffnungen 59 A bzw. Förderöffnungen 60 A ausgebildet.

Bei den Mehrfachstufen der Umfangsstrompumpe der vorste­ henden Bauweise haben einzelne Stufen Durchmesser, die von der Einlaßseite zur Auslaßseite Stufe für Stufe klei­ ner werden. Der Umfangsstrom-Pumpenstator 56 A ist mit einem Förderkanal 74′, einer Auslaßöffnung 61 A, einem Reinigungsgaskanal 76, einer Reinigungsgasöffnung 76 A, einem Kühlwassermantel 77 und einer Kühlwasseröffnung 78 versehen. Die Welle 54 A ist in einem Lager 63 A, das an dem Umfangsstrom-Pumpenstator 56 A über ein Lagerhalte­ element 79 abgestützt ist, und durch ein Lager 65 A gela­ gert, das an einem unteren Gehäuse 82 abgestützt ist. Die Schmierung der Lager 63 A und 65 A erfolgt durch Ansau­ gen von Schmieröl 67 A, das in einem Öltank 66 A gespei­ chert ist, zentral in der Welle 54 A. Der Rotor 51 A wird von einem Motorrotor 70 A, der in der Mitte der Welle 54 A angeordnet ist, und von einem Motorstator 69 A angetrieben, der von dem Umfangsstrom-Pumpenstator 56 A gehalten ist.

Die vorstehend beschriebene Turbovakuumpumpe arbeitet fol­ gendermaßen:

Wenn der Rotor 51 A mit hoher Drehzahl angetrieben wird, werden Gasmoleküle aus der Einlaßöffnung 52 A angesaugt und zur Auslaßöffnung 61 A transportiert, in der Atmos­ phärendruck aufrecht erhalten wird, und zwar aufgrund der Rotation des Axialstrom-Schaufelrotors 71, des Axial­ strom-Schaufelstators 73, der Spiralnut- bzw. Schrauben­ nut-Molekularpumpe 72 und der Umfangsstrompumpe. Dadurch kann in einem mit der Einlaßöffnung 52 A verbundenen, nicht gezeigten Vakuumbehälter ein ultrahohes Vakuum er­ zeugt werden. Um ein wirksames Pumpen zu verwirklichen, ist es in diesem Fall wesentlich, die Leistung eines je­ den fördernden Elements zu steigern, insbesondere der Umfangsstrompumpe. Aus diesem Grund ist diese Ausführungs­ form mit der Umfangsstrompumpe versehen, die Vorwärtsbo­ genschaufeln 55 A, die an den Ringabschnitten ausgebildet sind, welche sich von dem Rotor 51 A in Axialrichtung er­ strecken, und die Umfangsstromkanäle 57 A aufweist, die zwischen den Vorwärtsbogenschaufeln 55 A und dem Umfangs­ strom-Pumpenstator 56 A gebildet werden, der den gekrümm­ ten Schaufeln 55 in Axialrichtung gegenüberliegt. Dadurch kann in wirksamer Weise eine Strömung erzeugt weren, die durch die Räume zwischen den Schaufeln 55 A in Radialrich­ tung von der inneren Umfangsseite zu der äußeren Umfangs­ seite geht, wodurch die Wirkung der Zentrifugalkraft wirk­ sam ausgenutzt werden kann. Zusätzlich ist die Strömung in Richtung des in Fig. 9 gezeigten Pfeils durch die vor­ wärts gekrümmten Schaufeln 55 A gerichtet, so daß den Gas­ molekülen Energie aufgeprägt werden kann.

Dadurch ist das Kompressionsverhältnis der Umfangsstrom­ pumpe der vorstehend beschriebenen Bauweise verglichen mit herkömnlichen Umfangsstrompumpen größer, wodurch auch eine höhere Leistung erreicht werden kann. Da das Verdich­ tungsverhältnis der Umfangsstrompumpe größer ist, wird auch das Kompressionsverhältnis der gesamten Turbovakuum­ pumpe größer bzw. das Verdichtungsverhältnis des Axial­ stromschaufelrotors 71 oder der Spiralnutpumpe 72 nimmt dementsprechend ab, so daß die Axialstromschaufeln oder die fördernden Elemente der Spiralstrommolekularpumpe eine große Pumpgeschwindigkeit bewirken können, so daß es möglich ist, die Pumpgeschwindigkeit der Turbovakuum­ pumpe zu steigern.

Darüberhinaus sind bei der beschriebenen Ausführungsform eine Vielzahl von Umfangsstrom-Pumpenstufen derart ange­ ordnet, daß ihre Außendurchmesser allmählich von der Ein­ laßseite zur Auslaßseite Stufe für Stufe kleiner werden. Somit ist es möglich, den Umfangsstrom-Pumpenstator 56 A in einem Stück herzustellen, wodurch die Montage einfach wird und die Herstellung merklich vereinfacht werden kann.

Da die Antriebselemente, wie die Umfangsstrom-Pumpenstu­ fen, der Motor, die Lager und dergleichen im Inneren des Rotors 51 A eingeschlossen sind, kann die axiale Abmessung sehr kompakt gestaltet werden.

Bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform ist ein Ro­ tor 51 B in einem Gehäuse 53 B angeordnet, das mit einer Einlaßöffnung 52 B versehen ist, wobei der Rotor 51 B auf eine Welle 54 B aufgeschrumpft ist. Der Rotor 51 B ist mit Axialstrom-Schaufelrotoren 71 A und Radialstrom-Schaufel­ rotoren 80 auf der näher an der Einlaßöffnung 53 B liegen­ den Seite versehen. Den Axialstrom-Schaufelrotoren 71 A liegen Axialstrom-Schaufelstatoren 73 A gegenüber. In ei­ nem Ölkühlströmungskanal 81 ist ein Radialstrom-Schaufel­ stator 82 angeordnet. An jedem axial vorstehenden Ringab­ schnitt des Rotors 51 B sind auf der einer Auslaßöffnung 61 B näher liegenden Seite Schaufeln 55 B ausgebildet. Zwi­ schen den Schaufeln 55 B und dem Umfangsstrom-Pumpenstator 56 B, der den Schaufeln 55 B in Axialrichtung gegenüber­ liegt, sind Umfangsstromkanäle 57 B ausgebildet. Der Um­ fangsstrom-Pumpenstator 56 ist mit der Auslaßöffnung 61 B versehen. Zusätzlich sind mehrere Stufen von Umfangsstrom­ pumpen vorgesehen, die aus den Schaufeln 55 B und den ent­ sprechenden Umfangsstromkanälen 57 B bestehen, wobei die Durchmesser der jeweiligen Stufen von der Einlaßseite zur Auslaßseite hin Stufe für Stufe allmählich kleiner werden. Weiterhin sind Labyrinthdichtungen 83 zwischen den Pumpenstufen vorgesehen, um einen Rückstrom von Gas­ molekülen von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zu verhindern. Die Welle 54 B ist durch ein an einer Ba­ sis 62 B abgestütztes Lager 63 B und durch ein an einer Basis 64 B abgestütztes Lager 65 B gelagert. Die Schmierung der Lager 63 B und 65 B erfolgt durch Ansaugen von Schmier­ öl 67 B, das in einem Öltank 66 B gespeichert ist, zentral durch die Welle 54 B. Der Rotor 51 B wird von einem Rotor 70 B, der auf der Mitte der Welle 54 B angeordnet ist, und von einem Motorstator 69 B angetrieben, der von dem Um­ fangsstrom-Pumpenstator 56 B gehalten wird.

Die vorstehend beschriebene Turbovakuumpumpe arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Rotor 51 B mit hoher Drehzahl durch den Motor­ rotor 70 B und dem Motorstator 69 B angetrieben wird, wer­ den von der Einlaßöffnung 59 B Gasmoleküle angesaugt und durch die Auslaßöffnung 61 B aufgrund der Rotation des Axialstrom-Schaufelrotors 71, des Radialstrom-Schaufelro­ tors 80 und der Umfangsstrompumpe gefördert. Durch diese Förderwirkung kann in einem mit der Einlaßöffnung 59 B verbundenen, nicht gezeigten Vakuumbehälter ein ultraho­ hes Vakuum erzeugt werden.

Zur Verwirklichung eines wirksamen Pumpens ist es wesent­ lich, die Leistung der Umfangsstrompumpe zu steigern. Aus diesem Grund wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erwähnte Hochleistungs-Umfangsstrom­ pumpe verwendet. Zusätzlich sind die Labyrinthdichtungen 63 zwischen den Pumpenstufen angeordnet, die den Rück­ strom von Gasmolekülen von der Hochdruckseite zur Nieder­ druckseite unterbinden. Durch diese weitere Leistungsstei­ gerung erhält man eine Hochleistungs-Turbovakuumpumpe. Da der Umfangsstrom-Pumpenstator 56 B ebenfalls in einem Stück wie bei der Ausführungsform von Fig. 8 hergestellt werden kann, ist darüberhinaus die Herstellung verein­ facht.

Bei der Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen wird kein Bezug auf die Herstellung des Stators 56, 56 A oder 56 B der Umfangsstrompumpe genommen. Wenn der Stator 56, 56 A oder 56 B durch ein Präzisionsgießverfahren herge­ stellt wird, können die jeweiligen Spalte zwischen den Rotoren 51, 51 A, 51 B und den Statoren 56, 56 A, 56 B, wel­ che die Leistung der Umfangsstrompumpe wesentlich beein­ flussen, klein gemacht werden, wodurch es möglich ist, die Leistung der Umfangsstrompumpe zu steigern. Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen ist keine Flüssig­ keit, wie Öl, in dem Strömungskanal für die Gasmoleküle vorhanden, wodurch eine ölfreie Evakuierung durchgeführt werden kann. Somit ist jede der beschriebenen Ausführungs­ formen zum Einsatz für die Evakuierung von Halbleiterher­ stellungsvorrichtungen geeignet.

Fig. 13 zeigt die Versuchsergebnisse eines Leistungsver­ gleichs der Turbovakuumpumpe nach einer der vorstehenden Ausführungen mit herkömmlichen Umfangsstrompumpen. So stellt die Kurve 1 in Fig. 13 die Leistung der Turbovaku­ umpumpe in der erfindungsgemäßen Ausführung dar, während die Kurve 2 die Leistung einer herkömmlichen Vakuumpumpe und die Kurve 3 die Leistung der Vakuumpumpe nach der JP-A-63/1 47 989 darstellt.

Wie aus Fig. 13 zu ersehen ist, hat die erfindungsgemäße Turbovakuumpumpe verglichen mit den herkömmlichen Vakuum­ pumpen über dem weiten Druckbereich von 10² bis 10⁵ Pa (Atmosphärendruck) ein hohes Verdichtungsverhältnis und somit eine höhere Leistung.

Claims (11)

1. Turbovakuumpumpe mit einem Gehäuse (11, 53, 53 A, 53 B), das eine Einlaßöffnung (11 A, 52, 52 A, 52 B) und eine Aus­ laßöffnung (11 B, 61, 61 A, 61 B) aufweist, mit einer Welle (12, 54, 54 A, 54 B), die drehbar in dem Gehäuse (11, 53, 53 A, 53 B) gelagert ist, mit einem mehrstufigen Umfangs­ stromlaufrad (30, 51, 51 A, 51 B), das von der Welle (12, 54, 54 A, 54 B) getragen wird, und mit einem Stator (31, 56, 56 A, 56 B), der eine mehrstufige Umfangsstrompumpe in Zusammenwirkung mit dem Umfangsstromlaufrad (30, 51, 51 A, 51 B) in dem Gehäuse (11, 53, 53 A, 53 B) bildet, so daß durch die Einlaßöffnung (11 A, 52, 52 A, 52 B) angesaug­ tes Gas durch die Auslaßöffnung (11 B, 61, 61 A, 61 B) in die Atmosphärenluft gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrstufige Um­ fangsstromlaufrad (30, 51, 51 A, 51 B) eine zylindrische Treppenhausform, deren Außendurchmesser Stufe für Stufe in der Richtung von der Einlaßseite zur Auslaßseite hin abnehmen, und eine Vielzahl von Schaufeln (33, 55, 55 A, 55 B) an den vorstehenden Kanten der zylindrischen Trep­ penhausform aufweist, und daß der Stator (31, 56, 56 A, 56 B) einen treppenhausförmigen Innenraum mit Innendurch­ messern hat, die in Richtung von der Einlaßseite zur Aus­ laßseite Stufe für Stufe entsprechend der zylindrischen Treppenhausform des Laufrads (30, 51, 51 A, 51 B) abnehmen, und dem Umfangsstromlaufrad (30, 51, 51 A, 51 B) gegenüber­ liegt, wobei ein kleiner Spalt dazwischen vorgesehen ist.

2. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs eines konkaven Abschnitts einer jeden Stufe des treppenhausförmigen In­ nenraums ein Umfangsstrompumpen-Strömungskanal (34, 57, 57 A, 57 B) ausgebildet ist.

3. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsstrompumpen- Strömungskanal mit einem weiteren Umfangsstrompumpen-Strö­ mungskanal in Verbindung steht.

4. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsstrompum­ pen der jeweiligen Stufen in Reihe miteinander in Verbin­ dung stehen.

5. Turbovakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (31, 56, 56 A, 56 B) einstückig ausgebildet ist.

6. Turbovakuumpumpe mit einem Gehäuse (53), das eine Ein­ laßöffnung (52) und eine Auslaßöffnung (61) und eine Viel­ zahl von Stufen von Pumpen aufweist, die axial in dem Gehäuse (53) angeordnet sind, wobei jede der Pumpen einen Rotor (51) und einen Stator (56) hat, der dem Rotor (51) gegenüberliegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß ein Gas durch die Einlaßöffnung (52) angesaugt und die Luft durch die Auslaßöffnung (61) unter Atmosphären­ druck gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen wenigstens eine Umfangsstrompumpe mit Schaufeln (55), die an einem Abschnitt ausgebildet sind, der sich von dem Rotor (51) in axialer Richtung erstreckt, und einen Strömungskanal (57) aufweisen, der längs des Umfangsabschnittes des Sta­ tors (56) ausgebildet ist, der den Schaufeln (55) in Axi­ alrichtung gegenüberliegt.

7. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaufeln (55 A) eine Vorwärtsbogenschaufel ist.

8. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Stufen von Umfangsstrompumpen in Axialrichtung angeordnet sind, wobei die Stufen eine Form haben, die sich Stufe für Stufe verändert.

9. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Labyrinthdichtungen (83) zwischen den Stufen der Umfangsstrompumpen.

10. Turbovakuumpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Pumpe (71, 72, 73), die um den äußeren Umfang des Rotors (51 B) der Um­ fangsstrompumpe herum angeordnet ist.

11. Turbovakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßseite des Rotors (51 B) mit einem Axialstrom-Schaufelrotor (71 A) und/ oder mit einem Radialstrom-Schaufelrotor (80) und/oder einer Spiralnut-Molekularpumpe (72) versehen ist.