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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochvakuumpupen und insbesondere
betrifft sie eine Turbinenpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe,
der Art mit einem Zwischeneinlass für ein im Gegenstromfluss zur
Betriebsrichtung der Pumpe strömendes
Gas.
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Pumpen
mit einem solchen Zwischeneinlass werden z. B. in Leckdetektoren
verwendet, in denen ein Testgas, gewöhnlich Helium, das aufgrund
von Lecks in ein zu testendes Gefäß eintritt oder aus diesem
entweicht, zum Zwischeneinlass der Pumpe geführt wird, aus dem es im Gegenstromfluss
in Richtung eines Gasdetektors, gewöhnlich eines Massenspektrometers,
das mit der Niederdruckseite der Pumpe verbunden ist, strömt.
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Beispiele
solcher Pumpen sind in US-A-4 472 962, US-A-6 030 189, US-A-4 550
593 und US-A-5 585 548 offenbart.
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US-A-4
472 962 offenbart eine Pumpe, bei der der Zwischeneinlass in einen
ringförmigen
Kanal mündet,
der im Pumpengehäuse
ausgebildet ist und den Rotor einer Zwischenpumpstufe umgibt. Diese Pumpe
erfordert ein relativ hohes Vakuum in dem Bereich, in dem das Testgas
einritt, z. B. ein Vakuum in der Größenordnung von 10–5 mbar
(1 mPa).
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US-A-6
030 189 offenbart eine Pumpe mit einem Zwischeneinlass für ein Testgas,
der in einen ringförmigen
Kanal mündet,
der eine Gruppe von zusammenwirkenden Stator- und Rotorstufen umgibt. Die Statorstufen
sind zwischen Abstandhalterringe geklemmt und die Abstandhalterringe,
die in Übereinstimmung
mit dem ringförmigen
Kanal angeordnet sind, weisen Öffnungen
mit hoher Leitfähigkeit
auf, die den Zwischeneinlass mit der Pumpkammer verbinden.
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US-A-4
550 593 offenbart eine Pumpe, bei der der Zwischeneinlass in eine Übergangskammer mündet, die
eine Gruppe von Niederdruckstufen und eine Gruppe von Hochdruckstufen
trennt. Die Zwischenkammer ist durch zwei Rotorstufen festgelegt. Die
Statorstufen sind zwischen Abstandhalterringe geklemmt und die Abstandhalterringe,
die in Übereinstimmung
mit dem Zwischeneinlass angeordnet sind, weisen Öffnungen mit hoher Leitfähigkeit
zum Einlassen des Testgases auf.
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US-A-5
585 548, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, offenbart
eine Pumpe, bei der der Zwischeneinlass in eine Übergangskammer mündet, die
eine Gruppe von Niederdruckstufen und eine Gruppe von Hochdruckstufen
trennt. Die Kammer ist aufwärts
(Niederdruckseite) durch ein Rotorlaufrad und abwärts durch
eine Statorstufe mit einer stationären Scheibe begrenzt, welche
mit der Rotorwelle eine Verengung festlegt, die zum Vorsehen einer
hohen Nachweisempfindlichkeit ohne irgendeine Gefahr, dass der Druck
im Testgasdetektor auf unzulässige
Pegel ansteigt, vorgesehen ist. In einem Ausführungsbeispiel weist die Scheibe
einen Satz von axial vorstehenden Streifen auf. Diese Pumpe erfordert
kein relativ hohes Vakuum im Einlassbereich des Testgases, wo sie
Drücke
in der Größenordnung
von 0,1 mbar (10 Pa) toleriert.
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DE-A-179
37 393 offenbart eine mit einem Abstandhalterring integrierte Statorstufe
für Turbinenpumpen.
Die Statorflügel
erstrecken sich zwischen dem Abstandhalterring und einem inneren Ring,
der die Montage des Stators um eine Rotorwelle ermöglicht,
und sind einteilig mit diesem ausgebildet. Die Flügel sind
so angeordnet, dass zwischen benachbarten Flügeln Spalte vorhanden sind.
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DE-A-39
22 782 offenbart eine andere Molekularpumpe mit Statorstufen, die
zwischen benachbarten Abstandhalterringen festgehalten sind.
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Das
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Pumpe, insbesondere
mit einem Zwischeneinlass, die eine verbesserte Leistung hinsichtlich
des Pumpwirkungsgrades, Kompressionsverhältnisses und der Leitfähigkeit
für das
Testgas wie z. B. Helium aufweist, um den maximalen Druck, der an
der Zwischenöffnung,
durch die das Testgas eintritt, toleriert werden kann, zu erhöhen.
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Dieses
Ziel wird dadurch erreicht, dass zumindest die Statorstufe, die
die Übergangskammer festlegt,
radiale Flügel
aufweist, die in einem spitzen Winkel relativ zur Oberfläche der
Scheibe derart angeordnet sind, dass benachbarte radiale Flügel überlappen,
wobei Trennkanäle
eingefügt
sind, die durch die gesamte Dicke der Scheibe verlaufen, um die Stufe
in der axialen Richtung optisch undurchlässig zu machen.
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Die
obigen und weitere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich,
welches als nicht-begrenzendes
Beispiel gegeben wird und in den zugehörigen Zeichnungen gezeigt ist,
in denen gilt:
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1 ist eine schematische
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe mit einem Zwischeneinlass;
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2 ist eine perspektivische
Ansicht der in Übereinstimmung
mit dem Zwischeneinlass angeordneten Statorstufe;
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3 ist eine Draufsicht auf
die in 2 gezeigte Statorstufe;
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4 ist eine Draufsicht, die
die Statorstufe in zwei Hälften
unterteilt zeigt, um die Montage am Rotor zu ermöglichen;
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5 ist eine Querschnittsansicht
gemäß einer
Ebene, die durch die Linie A-A in 2 verläuft; und
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6 ist eine Querschnittsansicht
gemäß einer
Ebene, die durch die Linie B-B in 2 verläuft.
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In 1 weist die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpe,
die im Allgemeinen mit 1 bezeichnet ist, ein Gehäuse 2 auf,
in das folgendes mündet:
ein Niederdruckeinlass, der bei der Anwendung der Pumpe auf einen
Leckdetektor mit dem Testgasdetektor, der nicht dargestellt ist,
verbunden ist; ein Hochdruckauslass 4, der mit der Atmosphäre oder
einer Vorpumpe in Verbindung steht; und ein Zwischeneinlass 5 für das Testgas,
das im Gegenstromfluss in Richtung des Detektors strömen soll. Die
Pumpe weist mehrere Stufen auf, die jeweils einem Rotorlaufrad 6 zugeordnet
sind, welches von einer Welle 7 getragen wird. Die Rotorlaufräder 6 wirken
mit Statorstufen 8 zusammen, die entlang der Wände des
Gehäuses 2 angeordnet
sind. Der Zwischeneinlass 5 mündet in eine Übergangskammer 9, die
einen Hochdruck-Pumpenabschnitt
(den unteren Abschnitt) von einem Niederdruck-Pumpenabschnitt (dem
oberen) trennt. Die zwei Abschnitte sind mit 1A bzw. 1B bezeichnet.
Der Abschnitt 1B ist der Abschnitt, der bei der Anwendung
auf einen Leckdetektor im Gegenstromfluss arbeitet.
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Kein
Rotorlaufrad ist in Übereinstimmung
mit der Übergangskammer 9 vorgesehen
(daher weist die Pumpe eine Pumpstufe weniger als herkömmliche
Pumpen auf) und die Kammer ist aufwärts durch eine Statorstufe 10 begrenzt,
die eines der neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung bildet.
Die restlichen Statorstufen 8 sowie Rotorlaufräder 6 sind vom
herkömmlichen
Typ.
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Mit
Bezug auf 2 bis 6 ist die Statorstufe 10 ein
im Wesentlichen becherartiges Element mit einer Scheibe 11 mit
einer zentralen Bohrung 16, durch die die Rotorwelle 7 verläuft, und
einer Seitenwand 12, die mit der Scheibe 11 einteilig
ist und als Abstandhalterring wirkt. Eine solche Struktur ermöglicht eine
präzise
Anordnung der Statorstufe 10 innerhalb der Kammer 9.
Wie in 4 gezeigt, umfasst
die Statorstufe 10 tatsächlich
zwei identische Teile 10', 10'', die getrennt werden können, um
die Montage des Stators um die Rotorwelle 7 zu ermöglichen.
Die zwei Teile werden durch Schneiden der Statorstufe 10 entlang
eines Durchmessers am Ende der Herstellung erhalten. In 4 sind die Elemente in den
zwei Teilen mit Bezugsziffern mit einem Strich bzw. einem Doppelstrich
bezeichnet.
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Die
Seitenwand 12 steht axial von der Scheibe 11 an
deren beiden Seiten vor und, wie in 1 gezeigt,
entspricht ihre Gesamthöhe
im Wesentlichen dem Abstand zwischen der letzten Statorstufe 8 des
Niederdruckabschnitts 1B und der ersten Statorstufe 8 des
Hochdruckabschnitts 1A. Der Teil 12A, der, wenn
der Stator montiert ist, auf der Seite des Hochdruck-Pumpenabschnitts 1A angeordnet
ist, ist höher
als der andere Teil und in diesem ist eine Öffnung 13 mit hoher
Leitfähigkeit
ausgebildet, die mit dem Zwischeneinlass 5 in Verbindung
steht. Der Teil 12B, der sich auf der Niederdruckseite
befindet, weist statt dessen eine ringförmige Nut 14 auf,
die einen elastischen Ring 15 aufnimmt, der angeordnet
ist, um die zwei Hälften 10', 10'' der Statorstufe 10 in
Kontakt zu halten.
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Eine
Vielzahl von radialen Flügeln 17 ist
entlang eines Umfangsteils der Scheibe 11 angeordnet. Die
Flügel
sind entlang des Umfangs der Scheibe 11 regelmäßig beabstandet
und sind durch Kanäle 18 getrennt,
die durch die gesamte Dicke der Scheibe 11 verlaufen. Die
Flügel 17 sind
mit der Scheibe 11 nicht nur an ihren radial inneren Kanten,
sondern auch an ihren radial äußeren Kanten
verbunden, wo sie in Übereinstimmung
mit dem Abstandhalterring 12 enden. Die entsprechenden
Trennkanäle 18 sind
somit auch an beiden Enden geschlossen.
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Wie
in 6 deutlich gezeigt,
bilden die Flügel 17 einen
sehr schmalen Winkel mit der Ebene der Scheibe 11 und benachbarte
Flügel 17 überlappen einander,
wobei sehr schmale Kanäle
zwischen diesen belassen werden, so dass die Stufe in der axialen
Richtung optisch undurchlässig
gemacht ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit achtzehn Flügeln beträgt der Winkel
etwa 10° und
die Trennkanäle
weisen eine konstante Dicke s von etwa 1 mm in der radialen Richtung
auf. Diese Werte ermöglichen an
der Statorstufe 10 das Erreichen eines Kompressionsverhältnisses
von 2 für
Stickstoff und das Aufrechterhalten einer molekularen Gasströmung in
der Richtung vom Einlass 3 zum Auslass 4 bis zu
Drücken
von nicht niedriger als etwa 100 mTorr (13,33 Pa) – das heißt, die
Pumpe kann einen Druck von 13,33 Pa in der Übergangskammer tolerieren – ohne die
Kompressionsfähigkeit
der oberen Stufen zu verlieren.
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Es
ist offensichtlich, dass die obige Beschreibung nur als nicht-begrenzendes
Beispiel gegeben ist und dass Änderungen
und Modifikationen möglich sind,
ohne vom Schutzbereich der Ansprüche
abzuweichen. Insbesondere könnte
die Pumpe eine Vielzahl von Statorstufen umfassen, die wie die Stufe 10 hergestellt
sind.