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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen, mit denen es
möglich
ist, ein geeignetes Vakuum in einer Vakuumkammer oder einer Vakuumleitung
zu erzeugen und aufrecht zu erhalten.
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Man
kennt Vakuumpumpen unterschiedlicher Art, die im Allgemeinen jeweils
für bestimmte Durchsatz-
und Druckbedingungen der gepumpten Gase geeignet sind.
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So
hat man Vorvakuumpumpen konzipiert, die bei atmosphärischem
Druck fördern
müssen,
die eine Vielzahl von Verdichtungsstufen haben, wobei die letzten
Stufen eine starke Verdichtung bei relativ geringer Sauggeschwindigkeit
erzeugen. Ein Beispiel für
eine solche Vorvakuumpumpe ist eine kinematische Pumpe, die aus
einem scheibenförmigen Rotor
mit konzentrischen Rippen gebildet wird, welche mit einzelnen radialen
Lamellen ausgestattet sind, welche in entsprechende kommunizierende konzentrische
ringförmige
Rillen des Stators eingreifen.
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Mit
den so gebildeten Vorvakuumpumpen kann man für zahlreiche Vakuumanwendungen
kein ausreichend hohes Vakuum erzielen. Man verknüpft sie
dann in Reihe mit mindestens einer Sekundärpumpe, beispielsweise einer
Pumpe vom Typ Molekular- oder Turbomolekularpumpe, deren Druckleitung
pneumatisch an die Ansaugung der Vorvakuumpumpe angeschlossen ist.
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Es
muss möglich
sein, eine Molekular- oder Turbomolekularpumpe in unmittelbarer
Nähe der
Vakuumkammer, die luftleer gemacht werden soll, anzubringen, um
in der Vakuumkammer von der maximalen Pumpgeschwindigkeit zu profitieren.
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Nun
ist es für
gewöhnlich
so, dass die Abmessungen und das Gewicht der einachsigen Vorvakuumpumpstufe
mit dem Einbau in der Nähe
der Vakuumkammer nicht vereinbar sind, und folglich muss die Vorvakuumpumpe
von der Vakuumkammer entfernt angeordnet werden und somit werden
die Pumpleistungen beeinträchtigt.
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Man
hat bereits in Erwägung
gezogen, die Vorvakuumpumpe und die Sekundärpumpe mechanisch zu koppeln,
um sie mittels ein und desselben Motors auf derselben Antriebswelle
anzutreiben. So hat man bereits im Dokument
US 5.848.873 A oder im Dokument
US 6.135.709 A oder
im Dokument
EP 1318309A eine
Verbundpumpe beschrieben, bei der eine kinematische Pumpstufe mit
radialen Flügeln, die
in ringförmige
Rillen des Stators eingreifen, auf ein und demselben Stator mit
einer Molekular- und eventuell einer Turbomolekularpumpstufe montiert wird,
wobei die Pumpstufen pneumatisch in Reihe geschaltet sind, die Rotoren
aufeinander folgend auf ein und derselben Antriebswelle angebracht
sind, von dem ein Ende an einen Antriebsmotor gekoppelt ist. Die
kinematische Pumpstufe weist den Vorteil auf, dass sie die Funktion
der Vorvakuumpumpe wahrnimmt, und bei atmosphärischem Druck fördert, und dabei
gleichzeitig eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit hat, die mit den üblichen
Drehzahlen der Molekular- oder Turbomolekularstufen kompatibel ist.
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Der
Motor einer solchen Verbundpumpe muss im Stande sein, eine für den Antrieb
der Vorvakuumpumpe ausreichende Leistung zu liefern. Die Position
des Motors am Ende der Antriebswelle führt zu einem Platzbedarf, der
die Integration der Verbundpumpe in unmittelbarer Nähe der Vakuumkammer,
welche die Pumpe luftleer machen soll, verhindert.
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Die
in den Dokumenten
US 5.848.873 und 6.135.709A
vorgeschlagenen Lösungen
sind also nicht für
Vakuumanwendungen ausreichend, bei denen man das Pumpsystem direkt
in der Nähe
der Vakuumkammer integrieren will.
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Die
von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Lösung besteht in der Konzipierung
einer neuer Verbundpumpenstruktur, die kompakt genug ist, um in
unmittelbarer Nähe
der Vakuumkammern oder Prozessräume
integriert zu werden, und im Stande ist, von atmosphärischem
Druck (1.000 mBar) bis zu Hochvakuum, das üblicherweise in bestimmten
Industrien erforderlich ist (10–8 mbar)
zu pumpen.
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Der
Gedanke, der der Erfindung zugrunde liegt, ist, dabei gleichzeitig
den Platzbedarf des Motors, der die Pumpe antreibt, an sich zu senken
und den Motor im Inneren der Pumpe anzuordnen, um den Gesamtplatzbedarf
des Motor-Pumpen-Komplexes nochmals zu verringern.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung sieht man eine Pumpenstruktur mit Vorvakuumstufe vor,
die verbesserte und regelbare Pumpeigenschaften aufweist, so dass
ein zufrieden stellendes Pumpen mit Hilfe einer kleineren Pumpe
durchgeführt werden
kann.
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Zur
Erreichung dieser Ziele sowie weiterer Zielsetzungen beinhaltet
eine Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
in ein und demselben Pumpengehäuse mindestens
eine Molekularpumpstufe, die pneumatisch mit mindestens einer Vorvakuumstufe
mit kompatibler Geschwindigkeit in Reihe geschaltet ist, wobei die
Molekularpumpstufe einen Molekularrotor hat, der mit einem Molekularstator
zusammenwirkt, der im Pumpengehäuse
vorgesehen ist, wobei die Vorvakuumpumpstufe einen Vorvakuumrotor
hat, die mit einem Vorvakuumstator zusammenwirkt, der im Pumpengehäuse vorgesehen
ist, und wobei der Molekularrotor und der Vorvakuumrotor durch ein
und dieselbe an einen Motor gekoppelte Antriebswelle in Drehbewegung
angetrieben werden; gemäß der Erfindung:
- – beinhaltet
der Molekularrotor einen axialen Blindhohlraum, der zur nachgeschalteten
Seite des Pumpengehäuses
offen ist,
- – sitzt
der Motor zumindest teilweise in diesem axialen Blindhohlraum des
Molekularrotors,
- – ist
die Antriebswelle mit ihrem vorgeschalteten Ende an den Molekularrotor
gekoppelt,
- – ist
die Antriebswelle mit ihrem nachgeschalteten Teil an den Vorvakuumrotor
gekoppelt.
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Die
Vorvakuumpumpstufe mit kompatibler Geschwindigkeit ist eine mechanische
Pumpstruktur mit viskosem Antrieb mit Stator und Rotor, die es ermöglicht,
mit atmosphärischem
Druck zu fördern
und die bei den üblichen
Drehzahlen der Molekular- oder Turbomolekularstufen, das heißt Geschwindigkeiten in
der Größenordnung
von 20.000 Umdrehungen/Minute, korrekt arbeitet.
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In
einer praktischen Ausführung
wird die Antriebswelle durch ein vorgeschaltetes Lager und ein nachgeschaltetes
Lager in Drehung versetzt, wobei das vorgeschaltete Lager zwischen
dem Motor und dem Ankupplungsbereich an den Molekularrotor sitzt,
und wobei das nachgeschaltete Lager zwischen dem Motor und dem Ankupplungsbereich
an den Vorvakuumrotor sitzt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsart
ist eine Verbund-Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
dergestalt, dass:
- – der Vorvakuumrotor ein kinematischer
Mehrstufenrotor mit viskosem Antrieb ist, der eine Scheibe beinhaltet,
deren eine transversale Fläche
eine Reihe konzentrischer ringförmiger
Rippen beinhaltet, die jeweils einzelne radiale Lamellen besitzen,
- – der
Vorvakuumstator ein kinematischer Stator ist, der eine entsprechende
transversale Fläche beinhaltet,
die eine Reihe konzentrischer ringförmiger Rillen besitzt, in welche
die einzelnen radialen Lamellen des kinematischen Rotors eingreifen,
- – die
konzentrischen ringförmigen
Rillen des kinematischen Stators einen größeren Querschnitt haben als
die entsprechenden einzelnen radialen Lamellen des kinematischen
Rotors, mit Ausnahme eines kurzen Rillenbereichs mit geringerem Querschnitt,
in den die einzelnen radialen Lamellen mit geringem Spiel eingreifen,
- – die
aufeinander folgenden konzentrischen ringförmigen Rillen über einen
Verbindungskanal miteinander verbunden sind, der am nachgeschalteten
Ende des Rillenbereichs mit dem geringeren Querschnitt vorgesehen
ist.
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Aufgabe
der Rillenbereiche mit geringerem Querschnitt ist es, eine Sperre
gegen Leckverluste zwischen zwei unterschiedlichen ringförmigen Rillen, die
unterschiedliche Drücke
aufweisen, zu bilden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsart
ist eine Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
dergestalt, dass der Vorvakuumrotor ein kinematischer Mehrstufenrotor
mit viskosem Antrieb ist, der eine oder mehrere Scheiben beinhaltet,
deren eine transversale Fläche
schräge
zentrifugale Rippen beinhaltet, die mit einer entsprechenden transversalen
Fläche
eines kinematischen Mehrstufenstators zusammenwirken.
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Eine
Weiterentwicklung besteht darin, vorzusehen, dass die Vorvakuumpumpstufe
außerdem dergestalt
ist, dass der Vorvakuumrotor eine vorgeschaltete transversale Fläche mit
schrägen
zentrifugalen Rippen beinhaltet, die mit einer entsprechenden transversalen
Fläche
des Pumpengehäuses
zusammenwirken, um eine zusätzliche
kinematische Pumpstufe zu bilden. So fügt man eine Pumpstufe hinzu,
ohne den Platzbedarf der Pumpe zu erhöhen, was eine Verbesserung
der Pumpleistungen ermöglicht.
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Alternativ
dazu ist die Vorvakuumpumpstufe gemäß einer anderen Variante außerdem dergestalt, dass:
- – die
schrägen
zentrifugalen Rotorrippen mit der entsprechenden transversalen Fläche des
Pumpengehäuses
zusammenwirken, um eine nachgeschaltete Bewegungsdichtung zu bilden,
die eine Ansaugung erzeugt, welche das nachgeschaltete Lager schützt,
- – eine
letzte molekulare Stufe umgekehrt wird, um eine vorgeschaltete Bewegungsdichtung
zu bilden, die eine Ansaugung erzeugt, welche das vorgeschaltete
Lager schützt,
- – ein
Neutralgasablass angepasst wird, um einen Neutralgasstrom in die
Aufnahme zu bringen, welche den Motor enthält, und um somit einen Neutralgasstrom
durch die Lager zu erzeugen.
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Bei
den oben stehenden Ausführungsarten beinhaltet
die Verbund-Vakuumpumpe gemäß der Erfindung
vorzugsweise eine Vielzahl von Molekularpumpstufen, die aus Rotorelementen
in Form von konzentrischen Zylindern bestehen, die mit der Antriebswelle
entsprechend ihren vorgeschalteten Enden verbunden sind, und aus
Statorelementen in Form konzentrischer Zylinder mit schraubenförmigen Rippen,
die mit dem Pumpengehäuse
entsprechend ihren nachgeschalteten Enden verbunden sind und zwischen
die aufeinander folgenden konzentrischen Rotorzylinder eingreifen.
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Ebenfalls
zwecks Erhöhung
der Pumpleistungen kann man vorsehen, dass die Pumpe gemäß der Erfindung
außerdem
mindestens eine Turbomolekularpumpstufe enthält, die pneumatisch oberhalb der
Molekularpumpstufe oder -stufen verbunden ist, wobei die Turbomolekularpumpstufe
einen Turbomolekularrotor beinhaltet, der mindestens eine Stufe
mit radialen Flügeln
besitzt und einen Turbomolekularstator, der mindestens eine ringförmige Rille
hat, in die die radialen Flügel
des Turbomolekularrotors eingepasst sind.
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Vorzugsweise
sieht man eine Vielzahl von Turbomolekularstufen vor, die aus einem
Rotor mit einer Vielzahl von entlang der Antriebswelle angeordneten
Stufen mit radialen Flügeln
und einer Vielzahl über
den Stator verteilter entsprechender ringförmiger Rillen bestehen.
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Bei
den oben stehend definierten Ausführungsarten führt die
Innenposition des Motors vorzugsweise dazu, dass man Mittel vorsieht,
die es gestatten, die Gesamtmotorleistung zu steigern, um Verluste
und somit das Warmlaufen des Motors während des Betriebs zu verringern.
Ziel ist es, mit einem kleineren Motor die für den Antrieb der Pumpe erforderliche
mechanische Energie zu liefern. Hierfür kann man insbesondere Kühlmittel
vorsehen, die in den Motorstator eingebaut sind, beispielsweise
Leitungen, in denen man ein Kühlmittel
umlaufen lässt.
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Vorzugsweise
sieht man außerdem
vor, dass:
- – der Motor für eine hohe
Drehzahl über
20.000 Umdrehungen pro Minute im Nennbetrieb angepasst ist,
- – die
konzentrischen ringförmigen
Rillen und die entsprechenden einzelnen radialen Lamellen der Vorvakuumstufe
des kinematischen Typs in der Nähe
der Förderung
der kinematischen Pumpstufe eine geringere Größe haben.
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Gemäß der Erfindung
kann man günstigerweise
einen Vorvakuumstator des kinematischen Mehrstufentyps vorsehen,
der in der Axialrichtung bezogen auf das Pumpengehäuse verschiebbar
angebracht ist und durch Verschiebungsmittel angetrieben wird, die
es ermöglichen,
seine relative axiale Position bezogen auf den Vorvakuumrotor abzuändern, so
dass die Pumpleistungen regulierbar sind. Festzustellen ist, dass
diese Anordnung in einer Pumpe mit kinematischer Stufe unabhängig vom
Vorliegen oder Nichtvorliegen der weiteren oben definierten Kennzeichen
verwendet werden kann, und somit eine selbständige Erfindung darstellt.
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Außerdem kann
die Antriebswelle vorteilhafterweise durch Magnetlager in der Drehbewegung geführt werden,
was eine Erhöhung
der Lebensdauer und eine Senkung der Schwingungen ermöglicht.
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Weitere
Gegenstände,
Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden
Beschreibung besonderer Ausführungsarten
ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erfolgt, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht im Längsschnitt
einer Verbund-Vakuumpumpenstruktur
gemäß einer
ersten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 die
nachgeschaltete transversale Hauptfläche des kinematischen Rotors
der Pumpe aus 1 illustriert;
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3 entweder
die vorgeschaltete transversale Fläche des kinematischen Rotors
der Pumpe aus 1 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsart oder
die nachgeschaltete transversale Hauptfläche eines kinematischen Rotors
gemäß einer
zweiten Ausführungsart
veranschaulicht;
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4 die
vorgeschaltete aktive transversale Fläche des kinematischen Stators
der Pumpe aus 1 veranschaulicht;
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5 eine
Längsschnittansicht
der Pumpe aus 1 ist, wobei der kinematische
Stator verschoben ist; und
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6 eine
Längsschnittansicht
einer Verbund-Vakuumpumpe gemäß einer
anderen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist.
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Bei
der in 1 illustrierten Ausführungsart beinhaltet eine Verbund-Vakuumpumpe
gemäß der Erfindung
in ein- und demselben Pumpengehäuse 100,
das eine Ansaugöffnung 1 und
eine Förderöffnung 2 hat,
mindestens eine Molekularpumpstufe 5, die pneumatisch über eine Übertragungsleitung 6 in Reihe
geschaltet ist mit mindestens einer Vorvakuumpumpstufe 9 des
kinematischen Mehrstufentyps mit viskosem Antrieb.
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Bei
der illustrierten Ausführung
beinhaltet die Pumpe außerdem
mindestens eine Turbomolekularpumpstufe 4, die pneumatisch
oberhalb der Molekularpumpstufe oder -stufen 5 verbunden
ist.
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Die
Molekularpumpstufe 5 beinhaltet einen Molekularrotor 5a,
der mit einem Molekularstator 5b zusammenwirkt, der im
Pumpengehäuse 100 vorgesehen
ist.
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Die
Vorvakuumpumpstufe 9 beinhaltet einen Vorvakuumrotor 9a des
kinematischen Typs, der mit einem Vorvakuumstator 9b des
kinematischen Typs zusammenwirkt, der im Pumpengehäuse 100 vorgesehen
ist.
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Der
Molekularrotor 5a und der Vorvakuumrotor 9a werden
durch ein und dieselbe Antriebswelle 8, die an einen Elektromotor 7 gekoppelt
ist, in der Drehbewegung angetrieben.
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Der
Motor 7 beinhaltet einen Motorrotor 7a, der auf
dem Mittelabschnitt der Antriebswelle 8 befestigt ist,
und in einem Motorstator 7b läuft, der wiederum in einer
Aufnahme 100b des Pumpengehäuses 100 befestigt
ist.
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Die
Antriebswelle 8 wird durch ein vorgeschaltetes Lager 15 und
ein nachgeschaltetes Lager 16 zu beiden Seiten des Motorrotors 7a in
Drehung versetzt. Bei der in 1 illustrierten
Ausführung sind
die Lager 15 und 16 mechanische Lager mit Kugellager.
Alternativ kann man günstigerweise
vorsehen, dass die Lager 15 und/oder 16 an sich
bekannte Magnetlager sind.
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Der
Molekularrotor 5a beinhaltet einen axialen Blindhohlraum 5c,
der zur nachgeschalteten Seite des Pumpengehäuses 100 offen ist,
das heißt
hin zur Förderöffnung 2,
und zur vorgeschalteten Seite, das heißt in Richtung Ansaugöffnung 1,
durch eine transversale Wand 5d geschlossen ist.
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Gemäß der Erfindung
sitzt der Motor 7 zumindest teilweise in diesem axialen
Blindhohlraum 5c des Molekularrotors 5a. Vorzugsweise
sitzt der Motor 7 wie in 1 dargestellt
vollständig
in dem axialen Blindhohlraum 5c des Molekularrotors 5a. Hierfür ist die
Antriebswelle 8 mit ihrem vorgeschalteten Ende 8a an
den Molekularrotor 5a gekoppelt, und die Antriebswelle 8 ist
mit ihrem nachgeschalteten Teil 8b an den Vorvakuumrotor 9a gekoppelt.
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Bei
dem illustrierten Beispiel durchquert das vorgeschaltete Ende 8a der
Antriebswelle 8 eine axiale Öffnung, die in der transversalen
Wand 5d des Molekularrotors 5a vorgesehen ist
und ist daran mit einer Mutter 8c befestigt. Dem vergleichbar
durchquert der nachgeschaltete Teil 8b der Antriebswelle 8 eine Öffnung,
die im Vorvakuumrotor 9a angelegt wurde, und wird dort
durch eine Mutter 13 befestigt.
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Das
vorgeschaltete Lager 15 beinhaltet bei der dargestellten
Ausführungsart
eine Federscheibe 15a zur Vorspannung des Kugellagers,
welches dieses vorgeschaltete Lager 15 bildet.
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Das
vorgeschaltete Lager 15 liegt zwischen dem Motor 7 und
dem vorgeschalteten Ende 8a der Antriebswelle 8 oder
Ankupplungsbereich an den Molekularrotor 5a.
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Das
nachgeschaltete Lager 16 liegt zwischen dem Motor 7 und
dem nachgeschalteten Teil 8b der Antriebswelle 8 oder
Ankupplungsbereich an den Vorvakuumrotor 9a.
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Bei
der Ausführungsart
aus 1 ist der Vorvakuumrotor 9a ein kinematischer
Rotor, der eine Scheibe beinhaltet, deren eine transversale Fläche, beispielsweise
die nachgeschaltete transversale Fläche in der illustrierten Ausführungsart
eine Reihe konzentrischer ringförmiger
Rippen beinhaltet, die jeweils einzelne radiale Lamellen besitzen.
Diesbezüglich
kann man Bezug nehmen auf 2, die in
der Perspektive eine Ausführungsart
einer solchen transversalen Fläche 9c eines
kinematischen Rotors 9a in Scheibenform veranschaulicht:
man unterscheidet die aufeinander folgenden konzentrischen ringförmigen Rippen 9d, 9e, 9f, 9g und 9h,
die von der Peripherie hin zur Mitte der Scheibe terrassenförmig angelegt
sind. Jede konzentrische ringförmige
Rippe 9d–9h beinhaltet
einzelne radiale Lamellen, wie die Lamelle 10, die axial
ab der Spitze der entsprechenden konzentrischen ringförmigen Rippe 9d vorstehen und
jeweils etwa entsprechend einer radialen Richtung bezogen auf die
Scheibe, welche den kinematischen Rotor 9a bildet, ausgerichtet
sind.
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Der
kinematische Stator 9b beinhaltet eine transversale Wand,
die fest mit dem Pumpengehäuse 100 verbunden
ist und eine entsprechende transversale Fläche beinhaltet, nämlich die
in der illustrierten Ausführungsart
vorgeschaltete transversale Fläche,
die eine Reihe von konzentrischen ringförmigen Rillen beinhaltet. Diesbezüglich kann
man auf 4 Bezug nehmen, die in der Perspektive
eine Ausführungsart
eines derartigen kinematischen Stators 9b veranschaulicht,
mit konzentrischen ringförmigen
Rillen 9j, 9k, 9l, 9m und 9n,
die jeweils den jeweiligen konzentrischen ringförmigen Rippen 9d–9h des
kinematischen Rotors 9a entsprechen. Die einzelnen radialen
Lamellen wie die Lamelle 10 des kinematischen Rotors 9a greifen
in die konzentrischen ringförmigen
Rillen 9j–9n ein,
und deshalb haben die konzentrischen ringförmigen Rillen 9j–9n des
kinematischen Stators 9b einen größeren Querschnitt als die entsprechenden
einzelnen radialen Lamellen 10 des kinematischen Rotors 9a,
mit Ausnahme eines kurzen Bereichs mit geringerem Querschnitt, in
den die einzelnen radialen Lamellen 10 mit geringem Spiel eingreifen.
So erkennt man beispielsweise bei der Rille 9k der 4 einen
Bereich mit geringerem Querschnitt 9o, in dem die Rille 9k nicht
zu ihrem Grund hin erweitert ist, im Gegensatz zu den anderen Anteilen
der gleichen Rille 9k.
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Die
aufeinander folgenden konzentrischen ringförmigen Rillen 9j–9n sind
miteinander über
einen Verbindungskanal verbunden, der am nachgeschalteten Ende des
entsprechenden Rillenbereichs vorgesehen ist. So unterscheidet man
beispielsweise den Kanal 9p, der die konzentrischen ringförmigen Rillen 9j und 9k verbindet.
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Bei
der Ausführungsart
aus 1 hat man außerdem
eine zusätzliche
Pumpstufe 11 an der Schnittstelle zwischen dem Vorvakuumrotor 9a und dem
vorgeschalteten Teil des Pumpengehäuses 100 dargestellt.
In diesem Fall kann die zweite transversale Fläche oder vorgeschaltete transversale
Fläche der
Scheibe des kinematischen Rotors 9a dergestalt sein, dass
sie wie in 3 in der Perspektive dargestellt
einen Rotor 11a bildet, der schräge zentrifugale Rippen 11c, 11d, 11e und 11f beinhaltet,
um mit einer entsprechenden transversalen Fläche 11b (1) des
Pumpengehäuses 100 zusammenzuwirken,
die einen Stator bildet.
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Wenn
man erneut auf 1 Bezug nimmt, sieht man, dass
bei der illustrierten Ausführungsart eine
Vielzahl von Molekularpumpstufen 5 vorgesehen ist, die
aus Rotorelementen in Form von konzentrischen Zylindern bestehen,
die mit der Antriebswelle 8 entsprechend ihren vorgeschalteten
Enden verbunden sind, das heißt
entsprechend der transversalen Wand 5d, und aus Statorelementen
in Form konzentrischer Zylinder mit schraubenförmigen Rippen, die mit dem
Pumpengehäuse 100 entsprechend
ihren nachgeschalteten Enden verbunden sind und zwischen die aufeinander
folgenden konzentrischen Rotorzylinder eingreifen. Auf der Figur
erkennt man drei Statorzylinder und zwei Rotorzylinder, die ineinander
verzahnt sind.
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In
der Figur erkennt man ebenfalls die Turbomolekularpumpstufe 4,
die einen Turbomolekularrotor 4a beinhaltet, der mindestens
eine Stufe mit radialen Flügeln
besitzt, – auf
der Figur sind es zwei Stufen mit radialen Flügeln – und einen Turbomolekularstator 4b,
der ringförmige
Kränze
hat, – in 1 sind
es zwei Kränze – die zwischen
die radialen Flügel
des Turbomolekularrotors 4a eingreifen. Bei den Kränzen kann
es sich um angesetzte Stücke
handeln, die in einer an sich bekannten Art und Weise mit geeigneten
Zwischenstücken
axial gestapelt werden. Alternativ dazu kann der Stator in einer
ebenfalls an sich bekannten Art und Weise aus der peripheren Verbindung
mehrerer Schalen bestehen, die radial um den Rotor herum angesetzt
sind.
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Um
das Volumen des Komplexes zu verringern, strebt man danach, einen
kleinformatigen Motor 7 herzustellen, so dass er in das
Innere des Hohlraums 5c des Molekularrotors 5a eingefügt werden kann.
Hierfür
muss insbesondere die Kühlung
des Motors 7 verbessert werden, und man kann zu diesem
Zweck Kühlmittel 17 vorsehen,
die in den Motorstator 7b eingebaut sind, beispielsweise
Kühlmittelleitungen.
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Alternativ
oder ergänzend
muss der Motor 7 angepasst werden, um eine hohe Drehzahl
zu ermöglichen,
die über
20.000 Umdrehungen pro Minute im Nennbetrieb liegt. Somit ist die
elektrische Leistungsdichte höher,
was es ermöglicht,
die Größe des Motors
zu verringern.
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Alternativ
oder ergänzend
haben die konzentrischen ringförmigen
Rillen 9j–9n und
die entsprechenden einzelnen radialen Lamellen 10 in der
Nähe der
Förderung
der kinematischen Stufe eine geringere Größe. In der Praxis ist in den 2 und 4 die transversale
Ausdehnung der Rillen und der Lamellen immer kleiner, wenn man von
der ringförmigen peripheren
Rille 9j zur ringförmigen
mittleren Rille 9n gelangt, und Gleiches gilt für die konzentrischen
Rippen 9d–9h und
die einzelnen radialen Lamellen 10. So sind die Schaufeln im
Hochdruckbereich, das heißt
in der Nähe
der Rotationsachse kleiner, was die viskosen Reibungen vermindert
und es gestattet, die Leistung, die der Motor entwickeln muss, zu
senken.
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Alternativ
oder ergänzend
sieht man Mittel vor, um die Leckverluste zwischen den kinematischen
Pumpstufen zu verringern, indem ein sehr kleines Spiel zwischen
den einzelnen radialen Lamellen 10 und den Rillenbereichen
mit geringerem Querschnitt 9o vorgesehen wird. Dieses kann
dadurch erzielt werden, dass man eine große Bearbeitungsgenauigkeit
der entsprechenden Teile vorsieht, aber auch indem man Mittel zur
Einstellung der axialen Position des kinematischen Stators 9b bezogen
auf den kinematischen Rotor 9a vorsieht, wie es nachstehend
beschrieben wird.
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Bei
der in den 1 und 5 dargestellten Ausführungsart
kann der kinematische Stator 9b axial verschoben werden
zwischen einer Position der maximalen Annäherung, die in 1 veranschaulicht
wird, und einer Position des maximalen Abstands, die in 5 dargestellt
wird. Hierfür
kann der kinematische Rotor 9a sich axial im Pumpengehäuse 100 hin
und her bewegen, mit Zwischenschaltung einer Ringdichtung 100a,
wobei er durch Führungsmittel 21 geführt wird
und durch Verschiebungsmittel, beispielsweise ein hier nicht dargestellter
Zylinder, angetrieben wird.
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In
der Position der maximalen Annäherung, die
in 1 dargestellt wird, dringen die einzelnen radialen
Lamellen 10 am tiefsten in die entsprechenden Rillen 9j–9n ein,
was es ermöglicht,
das Spiel zwischen den einzelnen radialen Lamellen 10 und den
Rillenbereichen mit geringerem Querschnitt 9o auf die kleinstmögliche Größe zu reduzieren,
wie es in 1 im rechten Teil des kinematischen
Rotors 9a dargestellt wird. In der maximalen Rückfahrposition, wie
sie in 5 veranschaulicht wird, erhöht man das Spiel zwischen den
einzelnen radialen Lamellen 10 und dem kinematischen Stator 9b,
erhöht
dadurch die internen Leckverluste und senkt somit die Pumpleistungen.
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Es
ist somit möglich,
die Pumpleistungen der kinematischen Pumpe unabhängig von ihrer Geschwindigkeit
nach Belieben rasch und effektiv zu ändern, indem der kinematische
Stator 9b nach Belieben in jegliche Position zwischen seiner
maximalen Annäherungsposition
und seiner maximalen Rückfahrposition
positioniert wird. Gleichzeitig ermöglichen die Mittel zur Regelung
der axialen Position es, die internen Leckverluste maximal zu senken,
wenn man in der maximalen Annäherungsposition
aus 1 ist, was die Bildung einer kinematischen Pumpe
mit verbesserter Leistung ermöglicht.
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Man
wird verstehen, dass die Verwendung der Mittel zur Regelung der
Position des kinematischen Stators 9b bezogen auf den kinematischen Rotor 9a unabhängig ist
vom Vorhandensein oder Fehlen der anderen Strukturteile der Pumpe
aus 1, und insbesondere vom Vorhandensein von Molekular-
und/oder Turbomolekularstufen. Dieses Mittel stellt somit eine selbständige Erfindung
dar, die für
sich allein genommen für
bestimmte Anwendungen kinematischer Pumpen genutzt werden kann.
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Wir
betrachten nun die Ausführungsart
so wie sie in 6 dargestellt wird. In diesem
Fall übernimmt
die Verbundpumpe die wesentlichen Mittel der Ausführungsart
aus 1, mit den Molekularpumpstufen 5, eventuell
den Turbomolekularpumpstufen 4, mit der kinematischen Pumpstufe 9 und
mit dem Motor 7, der im hinteren Hohlraum 5c eingelassen
ist und am mittleren Abschnitt der Antriebswelle 8 angebracht
ist, deren vorgeschaltetes Ende 8a an den Molekularrotor 5a gekuppelt
ist und deren nachgeschalteter Bereich 8b an den kinematischen
Rotor 9a gekuppelt ist.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsart
gibt man den Mitteln den Vorzug, um die Lager 15 und 16 gegen
die schädliche
Wirkung korrodierender Gase, Pulver und Stäube zu schützen, die die Pumpe oft aus
den Vakuumkammern heraus pumpen muss. Hierfür sieht man einen Ablass 19 vor,
durch den man ein Reinigungs-Neutralgas in die Aufnahme 100b einleiten
kann, die den Motor 7 enthält, und man sieht Mittel vor,
um das Neutralgas durch die von den Lagern 15 und 16 belegten
Bereiche abzusaugen.
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So
sieht man eine Saugleitung 20 vor, die direkt von der Förderung
der Molekularpumpstufe 5 hin zur kinematischen Pumpstufe 9 geht,
am Rand der Scheibe, welche den kinematischen Rotor 9a bildet, und
man kehrt die Richtung der Spiralnuten in der letzten Molekularpumpstufe 5e um,
damit diese eine vorgeschaltete Bewegungsdichtung bildet, welche die
Gase ansaugt, die vom vorgeschalteten Lager 15 kommen,
um sie zur kinematischen Pumpstufe 9 zu fördern. Gleichzeitig
kann man vorsehen, dass die vorgeschaltete zweite transversale Fläche 11a der Scheibe
des kinematischen Rotors 9a, wie in 3 dargestellt,
schräge
zentrifugale Rippen 11c–11f beinhaltet, um
mit einer entsprechenden Fläche 11b des
Pumpengehäuses 100 zusammen
zu wirken und eine nachgeschaltete Bewegungsdichtung zu bilden, die
die Gase von dem nachgeschalteten Lager 16 hin zur Vorvakuumpumpstufe 9 absaugt.
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Der
Motor 7 wird durch Drahtleitungen versorgt, die an einen
Stromversorgungsverbinder 18 angeschlossen sind.
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Gemäß der Erfindung
kann man den kinematischen Vorvakuumrotor mit nachgeschalteter transversaler
Fläche,
die mit einzelnen radialen Lamellen versehen ist, die in konzentrische
ringförmige
Rillen eines kinematischen Stators eingreifen, durch jegliche andere
kinematische Mehrstufen-Vorvakuumpumpstruktur mit viskosem Antrieb
ersetzen, die bei der Umdrehungsgeschwindigkeit der Molekular- oder Turbomolekularpumpen
zufrieden stellend funktioniert.
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Ein
Beispiel für
eine weitere mögliche
Struktur einer solchen geeigneten Vorvakuumstufe wird durch 3 illustriert.
Man erachtet also, dass die Fläche 11a die
Hauptfläche
des Rotors 9a bildet, und dass die schrägen zentrifugalen Rippen 11c–11f,
die mit einer entsprechenden transversalen Fläche des Stators oder Pumpengehäuses zusammenwirken, eine
kinematische Stufe mit viskosem Antrieb bilden. Man kann dann eine
Stapelung mehrerer vergleichbarer Scheiben konzipieren, von denen
eine transversale Fläche
die schrägen
zentrifugalen Rippen beinhaltet, die mit einer entsprechenden transversalen
Fläche
eines kinematischen Mehrstufen-Stators zusammenwirken.
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Diese
Ausführungsart
ist ebenfalls vereinbar mit dem Vorhandensein einer zusätzlichen
kinematischen Pumpstufe, die durch die vorgeschaltete transversale
Fläche
des Rotors mit anderen schrägen zentrifugalen
Rippen gebildet wird.
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Die
Ausführungsart
ist ebenfalls kompatibel mit einer besonderen Anordnung von Bewegungsdichtungen
und Neutralgasablässen
im Bereich der Lager.
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In
allen Fällen
kann man eine Vielzahl von Molekular- und/oder Turbomolekularpumpstufen
vorsehen.