EP0365695A1 - Zweiwellenvakuumpumpe mit Schöpfraum - Google Patents

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EP0365695A1 EP88117651A EP88117651A EP0365695A1 EP 0365695 A1 EP0365695 A1 EP 0365695A1 EP 88117651 A EP88117651 A EP 88117651A EP 88117651 A EP88117651 A EP 88117651A EP 0365695 A1 EP0365695 A1 EP 0365695A1
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    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/123—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially or approximately radially from the rotor body extending tooth-like elements, co-operating with recesses in the other rotor, e.g. one tooth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
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    • F04C2280/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion
    • F04C2280/02—Preventing solid deposits in pumps, e.g. in vacuum pumps with chemical vapour deposition [CVD] processes

Definitions

  • the invention relates to a twin-shaft vacuum pump with a pair of claw rotors rotating in the suction chamber, which together with the suction chamber wall forms a suction side and a pressure side.
  • a two-shaft vacuum pump of this type is known from EU-A 87107089.
  • the rotors are each equipped with a claw (tooth) and a recess and perform their rotary motion in the scooping chamber in a meshing and contact-free manner.
  • the respective cutouts control the inlet and outlet openings located in the side plates of the scoop chamber.
  • twin-shaft vacuum pumps of the type described are therefore often used to evacuate vacuum chambers in which etching, coating or other vacuum treatment or manufacturing processes are carried out. In such operations there is a risk that solids get into the pump, and although also indirectly, that is to say that solid particles only form during the compression of the gases, that is to say during the passage of the gases to be discharged through the vacuum pump. Examples include the formation of aluminum chloride in aluminum etching, ammonium chloride in coating processes, etc.
  • Solid particles that get directly or indirectly into the vacuum pump are deposited in the scooping chamber, including on the peripheral surfaces of the rotors, where they initially narrow the gap between the rotors. Further deposits cause the rotors to touch, which causes the solid particles to roll onto the rotor surfaces. If the deposits continue to increase, the rolled-on layer is thickened, so that a force is generated which forces the rotors and thus the rotor shafts apart. This leads to bearing damage and thus to the failure of the pump, particularly if the rolled layer continues to grow.
  • the present invention has for its object to prevent in a twin-shaft vacuum pump of the type mentioned that solid particles entering the vacuum pump accumulate in the scoop.
  • this object is achieved in that a purge gas line opens on the pressure side into the scoop. If a flushing gas is supplied via this flushing gas line during operation of the pump, gas vortices arising in the scooping chamber prevent the deposition of solid particles entering the scooping chamber.
  • the amount of purge gas supplied does not have to be very high, since otherwise the final pressure of the pump would be unnecessarily deteriorated. It is particularly advantageous if the purge gas at high speed, for. B. is supplied via a nozzle. The solid particles suspended as a result of the resulting vortices can then be conveyed to the next pump stage or to the pump outlet.
  • the purge gas line is expediently located in the immediate vicinity of the gap seal of the two rotors. As a result, the particularly endangered peripheral surfaces of the two rotors are kept free of deposits.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is a three-stage vacuum pump 1 with two shafts 2 and 3 and three pairs of rotors 4, 5 or 6, 7 or 8, 9.
  • the axial length of the rotors decreases from the suction side to the pressure side .
  • the rotary pistons are of the claw type (see FIG. 2) and rotate in the scoops 11, 12, 13, which are formed by the shields 14 to 17 and the housing rings 18 to 20.
  • the drive motor 22 is located next to the vertically arranged pump housing. Below the lower bearing plate 17, the shafts 2, 3 are equipped with gear wheels 23, 24 of the same diameter, which are used to synchronize the movement of the rotor pairs 4, 5 or 6, 7 or 8, 9 serve.
  • the drive motor 22 also has a gearwheel 25 on its underside. The drive connection is established by a further gearwheel 26 which is in engagement with the gearwheels 24 and 25.
  • the shafts 2, 3 are supported by roller bearings 27.
  • the upper end plate 14 is equipped with a horizontally arranged connecting flange 28, which forms the inlet 29 of the pump.
  • the inlet channel 31 opens at the end (opening 32) into the scoop chamber 11 of the first stage.
  • the one on the front The outlet opening of the first stage is designated 33 and leads into the connecting channel 34.
  • the connecting channel 34 located in the shield 15 is connected to the inlet opening 35 of the second stage.
  • the end shield 16 is designed accordingly.
  • Below the lowermost (third) pump stage is the outlet 36, which is connected to the front outlet opening 37 in the lower bearing plate 17.
  • Figure 2 shows the contour of the rotors. They each have a claw 41, 42 and a recess 43, 44 and carry out their rotary movement according to the arrows 45 in a meshing and contactless manner.
  • the gap seal located between the two rotors is designated by 46.
  • the control of the inlet opening 32, 35 and the outlet opening 33, 37 takes place via the respective recess 43, 44.
  • the rotors form two spaces 47 and 48, of which the enlarging space 47 is connected to the inlet opening 32, 35 .
  • the space 47 therefore forms the suction side.
  • the shrinking space 48 is connected to the outlet 33, 37 after a slight rotational movement. The space 48 thus forms the pressure side.
  • the mouth 49 of a purge gas line (not shown in FIG. 2) is located on the pressure side 48.
  • the mouth 49 is located in the immediate vicinity of the sealing gap 46 between the two rotors, so that this sealing gap is preferably kept free of solid particles.
  • Figure 1 shows that the scoops 11, 12, 13 are assigned a plurality of mouths 49.
  • the scooping chamber 12 there are, for example, two openings 49, directly opposite one another in the respective side plates 15, 16.
  • the desired effect of keeping solid particles in suspension is achieved in a particularly favorable manner.
  • the orifices 49 are connected to a purge gas source 51, specifically via bores 52, 53 in the side plates 15, 16 and via the line system 54 provided outside the pump with the valve 55.
  • Nozzles are located in the bores 52, 53, which are only shown schematically 56, 57, which serve on the one hand to reduce the amount of gas supplied and on the other hand to increase the speed of the gas.
  • a suitable purge gas is nitrogen, for example.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweiwellenvakuumpumpe (1) mit einem im Schöpfraum (11, 12, 13) rotierenden Klauenrotorpaar (4, 5; 6, 7; 8, 9), das gemeinsam mit der Schöpfraumwandung eine Saugseite (47) und eine Druckseite (48) bildet; um zu verhindern, daß sich in den Schöpfraum gelangende Feststoffpartikel ablagern, wird vorgeschlagen, auf der Druckseite (48) des Schöpfraumes (11, 12, 13) die Mündung (49) einer Spülgasleitung (52, 53) anzuordnen; mit Hilfe eines durch die Mündung (49) zugeführten Spülgases können die Partikel in der Schwebe gehalten und ausgefördert werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweiwellenvakuumpumpe mit einem im Schöpfraum rotierenden Klauenrotorpaar, das gemeinsam mit der Schöpfraumwandung eine Saugseite und eine Druckseite bildet.
  • Aus der EU-A 87107089 ist eine Zweiwellenvakuumpumpe dieser Gattung bekannt. Die Rotoren sind jeweils mit einer Klaue (Zahn) und einer Aussparung ausgerüstet und führen ihre Drehbewegung kämmend und berührungsfrei im Schöpfraum aus. Die jeweiligen Aussparungen steuern die in den Seitenschilden des Schöpfraumes befindlichen Einlaß- und Auslaßöffnungen. Während der synchronen Drehbewegung der Rotoren bilden sich durch Spaltöffnungen abge­dichtete, sich zunächst vergrößernde und dann wieder verklei­nernde Räume aus, die das auf der Saugseite eingeströmte Gas verdichten und zur Druckseite fördern.
  • Der wesentliche Vorteil von Zweiwellenvakuumpumpen der beschrie­benen Gattung ist, daß sie trocken, d. h. ohne Dichtmittel im Schöpfraum, betrieben werden können. Pumpen dieser Art werden deshalb häufig zur Evakuierung von Vakuumkammern eingesetzt, in denen Ätz-, Beschichtungs- oder andere Vakuumbehandlungs- oder -herstellverfahren durchgeführt werden. Bei derartigen Einsätzen besteht die Gefahr, daß Feststoffe in die Pumpe gelangen, und zwar auch mittelbar, d. h. daß sich Feststoffpartikel erst während der Verdichtung der Gase, also während des Durchtritts der abzuführenden Gase durch die Vakuumpumpe, bilden. Beispiele dafür sind die Entstehung von Aluminiumchlorid beim Aluminium-­Ätzen, Amoniumchlorid bei Beschichtungsverfahren usw.
  • Unmittelbar oder mittelbar in die Vakuumpumpe gelangende Fest­stoffpartikel lagern sich im Schöpfraum ab, unter anderem auch auf den peripheren Oberflächen der Rotoren, wo sie zunächst den zwischen den Rotoren befindlichen Spalt verengen. Weitere Abla­gerungen führen dazu, daß sich die Rotoren berühren, was zu einem Aufwalzen der Feststoffpartikel auf die Rotoroberflächen führt. Nehmen die Ablagerungen weiter zu, dann kommt es zu einer Ver­dickung der aufgewalzten Schicht, so daß eine die Rotoren und damit die Rotorwellen auseinanderdrückende Kraft entsteht. Diese führt insbesondere bei einem weiteren Anwachsen der aufgewalzten Schicht zu Lagerschäden und damit zum Ausfall der Pumpe.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zweiwellenvakuumpumpe der eingangs erwähnten Art zu verhindern, daß sich in die Vakuumpumpe gelangende Feststoffpartikel im Schöpfraum ablagern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Spülgasleitung druckseitig in den Schöpfraum mündet. Wird während des Betriebs der Pumpe über diese Spülgasleitung ein Spülgas zugeführt, dann verhindern im Schöpfraum entstehende Gaswirbel die Ablagerung von in den Schöpfraum gelangenden Feststoffpar­tikeln. Die Menge des zugeführten Spülgases muß nicht sehr hoch sein, da sonst der Enddruck der Pumpe unnötig verschlechtert würde. Von besonderem Vorteil ist, wenn das Spülgas mit hoher Geschwindigkeit, z. B. über eine Düse, zugeführt wird. Die infolge der entstehenden Wirbel in Schwebe gehaltenen Feststoff­partikel können dann zur nächsten Pumpenstufe oder zum Pumpen­ausgang gefördert werden.
  • Zweckmäßig befindet sich die Spülgasleitung in unmittelbarer Nähe der Spaltdichtung der beiden Rotoren. Dadurch werden die beson­ders gefährdeten peripheren Oberflächen der beiden Rotoren von Ablagerungen freigehalten.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
    • - Figur 1 einen Längs schnitt durch eine mehrstufige Pumpe nach der Erfindung und
    • - Figur 2 einen Schnitt durch einen der Schöpfräume parallel zu einem Rotorpaar.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine dreistufige Vakuumpumpe 1 mit zwei Wellen 2 und 3 sowie drei Rotorpaaren 4, 5 bzw. 6, 7 bzw. 8, 9. Die axiale Länge der Rotoren nimmt von der Saugseite zur Druckseite ab. Die Drehkolben sind vom Klauentyp (vergl. Figur 2) und rotieren in den Schöpfräumen 11, 12, 13, welche von den Schilden 14 bis 17 und den Gehäuseringen 18 bis 20 gebildet werden.
  • Neben dem vertikal angeordneten Pumpengehäuse befindet sich der Antriebsmotor 22. Unterhalb des unteren Lagerschildes 17 sind die Wellen 2, 3 mit Zahnrädern 23, 24 gleichen Durchmessers ausgerü­stet, welche der Synchronisation der Bewegung der Rotorpaare 4, 5 bzw. 6, 7 bzw. 8, 9 dienen. Auch der Antriebsmotor 22 weist an seiner Unterseite ein Zahnrad 25 auf. Die Antriebsverbindung wird hergestellt durch ein weiteres Zahnrad 26, das mit den Zahnrädern 24 und 25 in Eingriff steht.
  • In dem oberen Lagerschild 14 und dem unteren Lagerschild 17 stützen sich die Wellen 2, 3 über Wälzlager 27 ab. Der obere Lagerschild 14 ist mit einem horizontal angeordneten Anschluß­flansch 28 ausgerüstet, welcher den Einlaß 29 der Pumpe bildet. Der Einlaßkanal 31 mündet stirnseitig (Öffnung 32) in den Schöpfraum 11 der ersten Stufe. Die stirnseitig angeordnete Auslaßöffnung der ersten Stufe ist mit 33 bezeichnet und führt in den Verbindungskanal 34. Der im Schild 15 befindliche Verbin­dungskanal 34 steht mit der Einlaßöffnung 35 der zweiten Stufe in Verbindung. Der Lagerschild 16 ist entsprechend gestaltet. Unterhalb der untersten (dritten) Pumpstufe befindet sich der Auslaß 36, der mit der stirnseitigen Auslaßöffnung 37 im unteren Lagerschild 17 in Verbindung steht.
  • Figur 2 läßt sie Kontur der Rotoren erkennen. Sie weisen jeweils eine Klaue 41, 42 sowie eine Aussparung 43, 44 auf und führen ihre Drehbewegung entsprechend der Pfeile 45 kämmend und berührungsfrei aus. Die zwischen den beiden Rotoren befindliche Spaltdichtung ist mit 46 bezeichnet.
  • Die Steuerung der Einlaßöffnung 32, 35 und der Auslaßöffnung 33, 37 erfolgt über die jeweilige Aussparung 43, 44. In der darge­stellten Stellung bilden die Rotoren zwei Räume 47 und 48, von denen der sich vergrößernde Raum 47 mit der Einlaßöffnung 32, 35 verbunden ist. Der Raum 47 bildet deshalb die Saugseite. Der sich verkleinernde Raum 48 wird nach geringfügiger Rotationsbewegung mit dem Auslaß 33, 37 verbunden. Der Raum 48 bildet damit die Druckseite.
  • Erfindungsgemäß befindet sich auf der Druckseite 48 die Mündung 49 einer in Figur 2 nicht dargestellten Spülgasleitung. Die Mündung 49 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Dichtungs­spaltes 46 zwischen den beiden Rotoren, so daß vorzugsweise dieser Dichtspalt von Feststoffpartikeln freigehalten wird.
  • Figur 1 zeigt, daß den Schöpfräumen 11, 12, 13 mehrere Mündungen 49 zugeordnet sind. In dem Schöpfraum 12 befinden sich bei­spielsweise zwei Mündungen 49, und zwar direkt einander gegen­überliegend in den jeweiligen Seitenschilden 15, 16. Die ge­wünschte Wirkung, Feststoffpartikel in Schwebe zu halten, wird dadurch in besonders günstiger Weise erreicht.
  • Die Mündungen 49 stehen mit einer Spülgasquelle 51 in Verbindung, und zwar über Bohrungen 52, 53 in den Seitenschilden 15, 16 und über das außerhalb der Pumpe vorgesehene Leitungssystem 54 mit dem Ventil 55. In den nur schematisch dargestellten Bohrungen 52, 53 befinden sich Düsen 56, 57, die zum einen der Reduzierung der zugeführten Gasmenge und zum anderen der Erhöhung der Geschwin­digkeit des Gases dienen. Ein geeignetes Spülgas ist beispiels­weise Stickstoff.

Claims (7)

1. Zweiwellenvakuumpumpe (1) mit einem im Schöpfraum (11, 12, 13) rotierenden Klauenrotorpaar (4, 5; 6, 7; 8, 9), das gemeinsam mit der Schöpfraumwandung eine Saugseite (47) und eine Druckseite (48) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Druckseite (48) des Schöpfraumes (11, 12, 13) die Mündung (49) einer Spülgasleitung (52, 53) befindet.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündung (49) in einem Seitenschild (15, 16, 17) befindet.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (49) in unmittelbarer Nähe der Spaltdichtung (46) zwischen den beiden Rotoren (4, 5; 6, 7; 8, 9) angeordnet ist.
4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mündungen (49) vorgesehen sind.
5. Pumpe nach Anspruch 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Mündungen (49) in zwei den Schöpfraum (12) begrenzenden Seitenschilden (15, 16) einander gegen­über liegend angeordnet sind.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (49) über Bohrungen (52, 53) in den Seitenschilden (15, 16) sowie ein Leitungssystem (54)mit einer Spülgasquelle (51) verbunden sind.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Bohrung (52, 53) eine Düse (56, 57) befindet.
EP88117651A 1988-10-24 1988-10-24 Zweiwellenvakuumpumpe mit Schöpfraum Expired - Lifetime EP0365695B1 (de)

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