DE60002966T2 - Vakuumpumpen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Vakuumpumpen und insbesondere Vakuumpumpen, bei denen eine Turbomolekutarbetriebsart Anwendung findet.
• Eine herkömmliche Turbomolekularstufenanordnung einer Vakuumpumpe umfaßt einen Stapel von abwechselnden Rotoren und Statoren. Jede Stufe umfaßt tatsächlich eine massive Scheibe mit einer Mehrzahl von davon (nominell) radial wegragenden Schaufeln; die Schaufeln sind gleichmäßig um den Scheibenumfang beabstandet und "um" Radiallinien aus der Ebene der Scheibe hinaus in Richtung der Rotorstufendrehung abgewinkelt.
• Die Rotor- und Statorschaufeln haben positive bzw. negative Gradienten, wenn man sie in einer Radiallinie bezüglich der Schiebe von der Seite betrachtet. Diese Anordnung hat bei Molekularströmungsbedingungen die Wirkung, dass sie eine Bewegung von Molekülen durch die Pumpe bewirkt.
• Es gibt eine Anzahl von Gerätearten, bei denen eine Mehrzahl von Kammern oder Systemen auf unterschiedliche Vakuumpegel herab evakuiert werden müssen. Beispielsweise muß in bekannten Massenspektrometerbauarten der als Detektor bekannte Teil des Geräts üblicherweise bei etwa 10^–6 mbar betrieben werden, während der als Analysator bekannte Teil auf einem anderen Vakuumpegel von beispielsweise 10^–3 mbar betrieben werden muß.
• Des weiteren und wichtigerweise ist auch der Gasdurchsatz aus den verschiedenen Teilen des Geräts im allgemeinen verschieden. Beispielsweise kann bei einem üblichen Massenspektrometer der oben erörterten Bauart ein Bedarf für 60 Liter/Sekunde Kapazität für den Detektor und 200 Liter/Sekunde Kapazität für den Analysator gefordert sein.
• Bei Geräten derart, die Massenspektrometer umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, werden normalerweise eine Anzahl von verschiedenen Vakuumpumpen eingesetzt. Beispielsweise können bei Massenspektrometern der Detektor und der Analysator durch gesonderte Turbomolekular-Vakuumpumpen evakuiert werden, die ihrerseits durch gesonderte Pumpen, beispielsweise Drehflügelpumpen, abgestützt sein müssen.
• Es besteht ein immer weiter zunehmendes Bedürfnis zum Rationalisieren des Einsatzes der verschiedenen Vakuumpumpen für eme insgesamt reduzierte Apparategröße und reduzierten Leistungsbedarf. Eine einzige Vorpumpe ist relativ üblich zum Abstützen von zwei (oder mehr) Turbomolekularpumpen. Des weiteren wurde in neuerer Zeit vorgeschlagen, eine einzige Turbomolekularpumpe einzusetzen, um zwei (oder mehr) individuelle Pumpen zu ersetzen, wobei die einzelne Pumpe einen normalen Einlaß für Gas, das durch sämtliche Pumpenstufen passieren muß, und emen Zwischeneinlaß, d. h. emen Einlaß zwischen den Stufen, für Gas aufweist, das nur durch die letzten Stufen der Pumpe passieren muß.
• In der EP-A-O 919 726 ist eine Vakuumpumpe mit einer Mehrzahl von Vakuumstufen beschrieben, die einen ersten Pumpeneinlaß aufweist, durch welchen Gas durch sämtliche Pumpenstufen gelangen kann, und emen zweiten Einlaß aufweist, durch welchen Gas an einer Zwischenstufenstelle in die Pumpe emtreten und nur durch eine nachfolgende Pumpenstufe passieren kann. Die Pumpenstufen vor der Zwischenstufenstelle sind anders bemessen als die nach der Zwischenstufenstelle folgenden Stufen, was den Druckbedürfnissen bzw. der Pumpkapazität der verschiedenen, an den ersten bzw. den zweiten Einlaß angeschlossenen Systeme angepasst ist.
• Jedoch hat diese bekannte Pumpe mit "geteilter Strömung" den Nachteil, dass, wenn sie in herkömmlicher Weise mit einem Massenspektrometer verbunden wird, beispielsweise mit der Pumpenachse bzw. genauer ihrer Wellenachse entweder parallel oder senkrecht zur Ebene der Auslassflanschen des evakuierten Massenspektrometers, Gasströmungsprobleme beobachtet worden sind. Beispielsweise wenn die Vakuumpumpe mit Bezug auf das Massenspektrometer so orientiert ist, dass die Wellenachse parallel zur Ebene der Auslassflanschen des Massenspektrometers verläuft, muß das eine rechtwinklige Biegung durchlaufen, um in den Pumpeneinlaß einzutreten, was in emem Druckabfall und emem damit zusammenhängenden Verlust an Pumpkapazität resultiert.
• Wenn die Vakuumpumpe mit ihrer Wellenachse senkrecht zur Ebene des Einlasses des Auslassflansches orientiert ist, kann Gas leicht in den ersten Einlaß einströmen, aber der zweite Einlaß muß von der Pumpenachse versetzt sein, so dass Gas zwei Biegungen durchlaufen muß, um in den zweiten Pumpeneinlaß emtreten zu können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Orientierung der Vakuumpumpe relativ zu den zu evakuierenden Systemen so anzuordnen, dass die Längsachse der Vakuumpumpenwelle zu jedem der Gasauslassflansche der Systeme geneigt ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfmdung umfaßt eine Vakuumpumpenbaugruppe eine Welle, die mittels eines Motors drehbar ist, mindestens zwei beabstandete Pumpenstufen, die auf der Welle montiert sind, emen ersten Pumpeneinlaß, durch welchen Gas zum Durchgang durch alle Pumpenstufen zum Evakuieren eines ersten Systems hindurchgelangen kann, und einen zweiten Pumpeneinlaß, durch welchen Gas an einer Zwischenstufenstelle zum Durchgang durch nur die nachfolgenden Stufen der Pumpe zum Evakuieren eines zweiten Systems hindurchgelangen kann, wobei das erste und das zweite System jeweils einen Gasauslaßflansch zur Befestigung am ersten bzw. am zweiten Pumpeneinlaß aufweisen, wobei die Vakuumpumpe relativ zu dem ersten und dem zweiten System so montiert ist, dass die Längsachse der Welle zu jedem der Gasauslassflansche geneigt ist.
• Die Welle kann unter einem Winkel zwischen 10 und 80 Grad einschließlich, aber vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 45 Grad, geneigt sein.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pumpenstufen unterschiedlich bemessen und sind voneinander um eine Distanz beabstandet, die gleich den 0,1- bis 0,9-fachen des größten Stufendurchmessers beträgt.
• Eine Ausführungsform der Erfmdung wird nun beispielshalber beschrieben, wobei auf die Fig. der anliegenden schematischen Zeichnung Bezug genommen wird, die einen Vertikalschnitt durch eine Vakuumpumpe zeigt, bei der eine Turbomolekularbetriebsart Anwendung fmdet.
• Wie dargestellt, hat die Vakuumpumpe ein Mehrkomponentengehäuse, innerhalb welchem eine Welle 2 montiert ist. Die Drehung der Welle 2 wird mittels emes Motors bewirkt, der allgemein mit 3 bezeichnet ist. Die Welle 2 wird an jedem Ende durch ein unteres (in der Darstellung) und oberes (in der Darstellung) Lager 4 bzw. 5 gelagert.
• Auf der Welle 2 sind zwei Gruppen von Turbomolekularstufen montiert, die allgemein mit 6 und 7 bezeichnet sind, und die vor und nach einer Zwischenstufenstelle 8 angeordnet sind.
• Die erste Gruppe von Turbomolekularstufen umfaßt 4 Rotoren (Laufräder) mit abgewinkelter Schaufelkonstruktion, wie oben beschrieben, und mit bekannter Konstruktion; von denen eine mit 9 bezeichnet ist, und 4 entsprechende Stufen wiederum mit abgewinkelter Schaufelkonstruktion, wiederum wie oben beschrieben, und von bekannter Konstruktion, von denen eme mit 10 bezeichnet ist.
• Ein Einlaß 11 ermöglicht den Zutritt von Gas zuerst zu der Gruppe 6 von Turbomolekularstufen und anschließend zu der Gruppe 7 von Turbomolekularstufen. Die zweiten Turbomolekularstufen 7 umfassen einen Aufbau von weiteren 6 Rotoren (Laufrädern) mit abgewinkelter Schaufelkonstruktion, von denen eine mit 12 bezeichnet ist und 6 entsprechende Stufen wiederum von abgewinkelter Schaufelkonstruktion, von denen eine mit 13 bezeichnet ist. Wie man sieht, ist der Spitzendurchmesser der Turbomolekularstufen der Gruppe 6 von klemerem Durchmesser als der Spitzendurchmesser der Stufen der Gruppe 7.
• Ein zweiter Einlaß 14 läßt Gas über die Zwischenstufenstelle 8 emtreten und nur durch die zweite Gruppe 7 von Turbomolekularstufen hindurchtreten.
• Gemäß der vorliegenden Erfmdung ist die Vakuumpumpe mit Bezug auf das abzupumpende System bzw. die abzupumpenden Systeme, beispielsweise den Detektor und den Analysator eines Massenspektrometers, so orientiert, dass die Längsachse der Welle 2 unter einem Winkel zum Auslaß aus dem ersten System 20 und auch zum Auslaß aus einem zweiten System 22 geneigt ist. Durch Anwenden dieser Orientierung ist das Gas in der Lage, in die Einlässe 11, 14 beider Stufen durch Strömen durch Biegungen unter stumpfem Winkel einzuströmen, so dass nur wenig Druckabfall auftritt und die effektive Punpgeschwindigkeit beider Stufen relativ groß ist. Des weiteren, da die Welle sich unter einem geneigten Winkel befindet, ist weder die Länge noch die Höhe der Vakuumpumpe übermäßig groß.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pumpenstufen 6 und 7 voneinander um eine Distanz beabstandet, die zwischen dem 0,1- und 0,9-fachen des größten Stufendurchmessers liegt, d. h. des Durchmessers der Rotoren der Stufe 7.

Claims (4)

1. Vakuumpumpenbaugruppe mit einer Welle, die mittels emes Motors (3) drehbar ist, mmdestens zwei beabstandeten Pumpenstufen, die auf der Welle (2) montiert sind, einem ersten Pumpeneinlaß (11), durch welchen Gas zum Durchgang durch alle Pumpenstufen (6, 7) zum Evakuieren eines ersten Systems (20) hindurchgelangen kann, und einem zweiten Pumpeneinlaß (l4), durch welchen Gas an einer Zwischenstufenstelle zum Durchgang durch nur die nachfolgenden Stufen der Pumpe zum Evakuieren emes zweiten Systems (22) hindurchgelangen kann, wobei das erste und das zweite System jeweils einen Gasauslassflansch zur Befestigung am ersten bzw. am zweiten Pumpeneinlaß aufweisen, wobei die Vakuumpumpe relativ zu dem ersten und dem zweiten System so montiert ist, dass die Längsachse der Welle zu jedem der Gasauslassflansche geneigt ist.
2. Vakuumpumpenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Welle unter einem Winkel zwischen 10 und 80 Grad einschließlich geneigt ist.
3. Vakuumpumpenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Welle unter einem Winkel von 45 Grad geneigt ist.
4. Vakuumpumpenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Pumpenstufen unterschiedlich bemessen sind und durch eine Distanz voneinander beabstandet sind, die gleich dem 0,1- bis 0,9-fachen des größeren Stufendurchmessers ist.