EP0640185B1

EP0640185B1 - Gasreibungsvakuumpumpe

Info

Publication number: EP0640185B1
Application number: EP93911777A
Authority: EP
Inventors: Hans-Peter Kabelitz; Martin Mühlhoff; Hans Kriechel; Frank Fleischmann
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-05-16
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2013-04-23
Also published as: WO1993023672A1; US5553998A; DE59300970D1; DE4216237A1; EP0640185A1; JPH07506648A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasreibungsvakuumpumpe (1) mit mindestens zwei unterschiedlich gestalteten Pumpstufen (3, 12; 26; 35), welche jeweils einen Rotorabschnitt (9, 27, 37) und einen Gehäuseabschnitt (3, 29, 36) umfassen; um die Pumpe verschiedenen Einsatzfällen anpassen zu können, wird vorgeschlagen, daß hochvakuumseitig verschiedene Eingangsstufen aufsetzbar sind, daß die Pumpstufen lösbar miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasreibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten Pumpstufen, welche jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt umfassen.
Eine derartige Pumpe ist aus dem Dokument EP-A-0 363 503 bekannt.
Zu den Reibungspumpen gehören Molekular- und Turbomolekularvakuumpumpen. Bei Molekularpumpen sind eine sich bewegende Rotorwand und eine ruhende Statorwand so gestaltet und beabstandet, daß die von den Wandungen auf dazwischen befindliche Gasmoleküle übertragenen Impulse eine bevorzugte Richtung haben. In der Regel sind Rotor- und/oder Statorwand mit gewindeartigen Vertiefungen oder Vorsprüngen ausgerüstet. Turbomolekularvakuumpumpen weisen nach Art einer Turbine ineinandergreifende Stator- und Rotorschaufelreihen auf.
Turbomolekularpumpen haben eine relativ niedrige Kompression (Druckverhältnis von druckseitigem Druck zu saugseitigem Druck) und relativ hohes Saugvermögen (Pumpgeschwindigkeit, Volumendurchfluß pro Zeiteinheit). Ihre Herstellung und Montage ist aufwendig und teuer. Darüber hinaus benötigen sie einen Vorvakuumdruck von etwa 10⁻² mbar. Molekularpumpen haben ebenfalls eine relativ hohe Kompression, ihr Saugvermögen ist jedoch relativ klein. Sie fördern bis zu Drücken von 10 mbar und mehr, so daß der für die Vorvakuumerzeugung erforderliche Aufwand geringer als bei Turbomolekulapumpen ist. Es ist deshalb bekannt, Gasreibungsvakuumpumpen mit unterschiedlich gestalteten Pumpstufen auszurüsten, wobei die vorvakuumseitige Pumpstufe wegen der besseren Vorvakuumbeständigkeit in der Regel eine Molekularpumpstufe ist.
Gasreibungsvakuumpumpen mit jeweils zwei unterschiedlich gestalteten Pumpenstufen sind aus EP-A-159 464, EP-A-363 503 und FR-A-25 25 698 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasreibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten Pumpenstufen derart auszubilden, daß sie in einfacher Weise an verschiedene Einsatzfälle angepaßt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentansprüchs 1 gelöst.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen haben den Vorteil, daß durch einfache Variationen der Rotor- und Statorbauteile das Enddruckverhalten der Pumpe gestaffelt beeinflußt werden kann. Beispielsweise ist möglich, durch modular auf eine Molekularpumpstufe aufsetzbare Turbomolekularpumpstufen die Pumpeigenschaften der gesamten Pumpe deutlich zu beeinflussen. Der grundsätzlich Aufbau der nachgeschalteten Molekularpumpe wird nicht beeinflußt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Reibungspumpen erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine als Molekularpumpe ausgebildete Reibungspumpe nach dem Stand der Technik (EP-A-408 792),
Figur 2 einen Teilschnitt durch die Reibungspumpe nach Figur 1, ausgerüstet mit einer hochvakuumseitig angeordneten Turbomolekularpumpenstufe entsprechend EP-A-159 464,
Figur 3 einen Teilschnitt durch die Reibungspumpe nach Figur 1, ausgerüstet mit einer hochvakuumseitig angeordneten Molekularpumpenstufe entsprechend EP-A-363 503 und
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

Die in Figur 1 dargestellte Reibungspumpe 1 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 2 auf. Bestandteil dieses ersten Gehäuseabschnittes 2 ist der äußere Zylinder 3, der mit dem Flansch 4 ausgerüstet ist. Mit Hilfe des Flansches 4 kann die Reibungspumpe 1 entweder unmittelbar oder über ein Reduzierstück 5 mit den Flanschen 6 und 7 an den zu evakuierenden Rezipienten angeschlossen werden. Das Reduzierstück 5 ist dann erforderlich, wenn der Flansch 4 der Pumpe 1 einen kleineren oder größeren Durchmesser hat als der Flansch des nicht dargestellten Rezipienten.
Der Rotor 9 ist glockenförmig ausgebildet. Er umfaßt die Welle 10 mit ihrer Drehachse 8, die Nabe 11 und den zylindrischen Abschnitt 12. Innerhalb des vom glockenförmigen Rotor 9 gebildeten Raumes 13 befinden sich der Antriebsmotor 14 und zumindest das obere Lager der beiden Rotorlagerungen 15. Der Motor 14 und die Rotorlagerungen 15 stützen sich auf dem gehäusefesten Bauteil 16 ab.
Die Außenseite des glockenförmigen Rotors 9 bildet zusammen mit der Innenseite des äußeren Zylinders 3 die pumpaktiven Flächen einer Molekularpumpstufe 3, 12, bzw. den ringförmigen Gasförderkanal 20. In an sich bekannter Weise (EP-A-408 792) können zur Gestaltung der Innenseite des Gehäusezylinders 3 separate Ringe 17, 18, 19 vorgesehen sein. Die zu pumpenden Gase werden vom Einlaß 21 bis zum nicht dargestellten Auslaß gefördert. An den Auslaß wird während des Betriebs eine ebenfalls nicht dargestellte Vorvakuumpumpe angeschlossen.
Im Bereich der hochvakuumseitig gelegenen Nabe 11 ist der Rotor 9 derart konisch gestaltet, daß sein Durchmesser in Strömungsrichtung zunimmt. Diesem Bereich ist eine glatte innere Oberfläche des äußeren Zylinders 3 bzw. des zugehörigen Ringes 17 zugeordnet. Der Gasförderung dienende Strukturen 22 sind am Rotor 9 selbst vorgesehen. Sie können beispielsweise als radiale Stege ausgebildet sein, deren Breite in Strömungsrichtung abnimmt, so daß die Molekularpumpstufe 3, 12 eine Einlaufstufe 17, 22 mit verbesserter Förderleistung hat.
Im Bereich des hochvakuumseitigen Endes der Welle 10 ist der Rotor 9 mittels einer Schraube 23 befestigt. Die Stirnseite des Rotors 9 ist mit einem kreisförmigen, zur Drehachse 8 konzentrischen Vorsprung 25 ausgerüstet. Dieser Vorsprung 25 ist Bestandteil von Zentriermitteln, die sowohl am Rotor 9 als auch an den auf der Stirnseite des Rotors 9 zu befestigenden weiteren Rotorabschnitten vorgesehen sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist der Molekularpumpstufe 3, 12 eine Turbomolekularpumpstufe 26 vorgelagert. Diese besteht aus dem Rotorabschnitte 27 mit seinen Rotorschaufeln 28 und dem Gehäuseabschnitt 29 mit seinen Statorschaufeln 30. Die dem Rotor 9 zugewandte Stirnseite des Rotorabschnittes 27 ist mit einer zur Drehachse 8 konzentrischen Aussparung 31 (Zentriermittel) versehen. Der Durchmesser dieser Aussparung entspricht dem Außendurchmesser des kreisförmigen Vorsprunges 25 auf der Stirnseite des Rotors 9, wodurch die gewünschte Zentrierung zur Drehachse 8 erreicht wird. Der Gehäuseabschnitt 29 ist mit den Flanschen 32 und 33 ausgerüstet. Mit dem vorvakuumseitig gelegenen Flansch 32 erfolgt die Befestigung der Turbomolekularpumpstufe 26 am Flansch 4 der Molekularpumpstufe 3, 12. An den Flansch 33 wird entweder unmittelbar der zu evakuierende Rezipient oder das Reduzierstück 5 montiert.
Der Befestigung des Rotorabschnittes 27 am Rotor 9 der Molekularpumpstufe dienen zweckmäßig Schrauben 34, welche den Rotorabschnitt 27 axial durchsetzen und in die Stirnseite des Rotors 9 eingeschraubt werden. Die Lage der Schrauben ist durch strichpunktierte Linien 34 angedeutet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist der Molekularpumpstufe 3, 12 eine besondere Reibungspumpstufe (Füllstufe 35) vorgelagert, deren Gehäuseabschnitt 36 eine glatte innere Oberfläche hat. Der Rotorabschnitt 37 ist derart gestaltet, wie es in der EP-A 363 503 beschrieben ist. Der Rotorabschnitt 37 umfaßt einen Zentralteil 38 und Stege 39. Die Stege bilden die die Gasförderung bewirkenden Strukturen. Ihre Breite und ihre Steigung nehmen von der Saugseite zur Druckseite hin ab. Dieses setzt eine konische Gestaltung des Zentralteiles 38 voraus. Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich die Konizität der Nabe 11 des Rotors 9 der Molekularpumpstufe 3, 12 stetig an die Konizität des Zentralteiles 38 des Rotorabschnittes 37 anschließt.
Vorvakuumseitig ist der Gehäuseabschnitt 36 mit dem Flansch 41 ausgerüstet, der mit dem Flansch 4 der Molekularpumpstufe 3, 12 verbunden wird. Einlaßseitig ist es mit dem Reduzierstück 5 zu einem Bauteil verschweißt. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, Gehäuseabschnitt 36 und Reduzierstück 5 über Flansche miteinander zu verbinden. Ein Reduzierstück 5 nach Fig. 2 ist dann zusammen mit einer Füllstufe 35 nach Fig. 4 zu verwenden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind der Molekularpumpstufe 3, 12 in Strömungsrichtung eine Turbomolekularpumpstufe 26 und eine Füllstufe 35 vorgelagert. Die Verbindung der zugehörigen Gehäuseabschnitte 3, 36, 29 erfolgt über Flansche. Die Verbindung der Rotorabschnitt 9, 37, 27 ist in der Weise realisiert, wie es zur Figur 2 beschrieben wurde. Die jeweiligen Zentriermittel sind zweckmäßig mit identischen Durchmessern ausgerüstet, so daß der gewünschte modulare Aufbau möglich ist. Sind der Molekularpumpstufe 3, 12 hochvakuumseitig zwei weitere Pumpstufen vorgelagert, dann ist es zur Befestigung der beiden Rotorabschnitte lediglich erforderlich, längere Befestigungsschrauben 34 zu verwenden.

Claims

Gasreibungsvakuumpumpe (1) mit unterschiedlich gestalteten Pumpstufen (3, 12; 26; 35), welche jeweils einen Rotorabschnitt (9, 27, 37) und einen Gehäuseabschnitt (3, 29, 36) umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß drei unterschiedlich gestaltete Pumpstufen (3, 12; 26; 35) vorgesehen sind, daß einer vorvakuumseitigen Pumpstufe (3, 12) hochvakuumseitig eine Füllstufe mit einem Stator (36) und einem Rotor (38) vorgelagert ist, wobei der Rotor (38) mit einer die Gasförderung bewirkenden Struktur versehen ist, die aus radial sich erstreckenden Stegen (39) besteht, deren Steigung und deren Breite von der Saugseite zur Druckseite hin abnehmen, daß der Füllstufe (35) ihrerseits eine Turbomolekularpumpstufe (26) vorgelagert ist und daß die drei Pumpstufen (3, 12, 26, 35) lösbar miteinander verbunden sind.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt (12) des Rotors (9) und ein im wesentlichen zylindrischer Gehäuseabschnitt (3) eine vorvakuumseitige Molekularpumpstufe mit einem im Querschnitt ringförmigen Gasförderkanal (20) bilden.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochvakuumseitig gelegene Abschnitt des Rotors (9) mit in Strömungsrichtung zunehmendem Durchmesser konisch gestaltet ist (Nabe 11) und daß er in seinem konischen Abschnitt der Gasförderung dienende Strukturen (22) trägt.
Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Füllstufe (35) ein Zentralteil (38) aufweist, der mit in Strömungsrichtung zunehmendem Durchmesser gestaltet ist.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konizität der Nabe (11) des Rotors (9) stetig an die Konizität des Zentralteiles (38) der Füllstufe (35) anschließt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnseiten der lösbar miteinander zu verbindenden Rotorabschnitte (9, 27, 37) mit Zentriermitteln (25, 31) ausgerüstet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (29, 36) der hochvakuumseitig angeordneten Pumpstufe (26, 35) mit einem Reduzierstück (5) einstückig ausgebildet ist.