EP0964999B1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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EP0964999B1
EP0964999B1 EP98907961A EP98907961A EP0964999B1 EP 0964999 B1 EP0964999 B1 EP 0964999B1 EP 98907961 A EP98907961 A EP 98907961A EP 98907961 A EP98907961 A EP 98907961A EP 0964999 B1 EP0964999 B1 EP 0964999B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
chamber
gas
housing
inlet
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP98907961A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0964999A1 (de
Inventor
Hans Josef Burghard
Wolfgang Giebmanns
Rudolf Bahnen
Jürgen Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Leybold Vakuum GmbH
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28Safety arrangements; Monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00Application
    • F04C2220/50Pumps with means for introducing gas under pressure for ballasting

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump with at least a scoop and at least one adjacent to the scoop Space, such as engine, drive, transmission, crankshaft or the like room.
  • vacuum pumps need to be here Promote corrosive and / or toxic gases. These gases can enter the vacuum pump Adjacent rooms usually arrive through seals (shaft seals, labyrinth seals etc.) are separated from the creative spaces. Corrosive gases cause corrosion or abrasion in these rooms, leading to premature wear of bearings or lead to damage to other components located there. It can also cause corrosive and toxic gases neighboring spaces on the way above the creative spaces Atmosphere. In the semiconductor industry, will the need for dry, that is, at least in relation oil-free vacuum pumps are getting bigger and bigger. The reason for this is that the processes involved in the vacuum chambers connected to the vacuum pumps run off, protected from disruptive hydrocarbons are. The used in the semiconductor industry or resulting gases to be pumped by the vacuum pump often the property during their compression form. Deposits of this type can also be found in the Creative space adjacent rooms may be harmful.
  • JP-A-6310 5294 JP-A-6310 5294:
  • This document discloses a scroll vacuum pump with a fixed and a rotating component.
  • the rotating component is driven by a Drive shaft and a grease-lubricated bearing.
  • the warehouse is in a room.
  • To evaporation of the Preventing grease becomes one in the storage room Maintain nitrogen atmosphere. Bit by bit the nitrogen penetrates holes in the rotating component and gets into the pump.
  • This describes a multi-stage claw vacuum pump.
  • This has an inert gas supply.
  • the inert gas is fed to one or more pump stages to prevent that getting into or during the pump the compression of the gases into the pump Solid particles not on the rotors or walls of the scoops.
  • the ballast gas becomes one of the two stages fed directly to the pump via the line.
  • the present invention is based on the object to design a vacuum pump of the type mentioned at the outset, that the dangers of causing damage in the rooms adjacent to the creative rooms as well as the Escape of corrosive or toxic gases from the Vacuum pump are largely eliminated.
  • a vacuum pump according to this invention has an outer gas ballast or purge gas inlet and one immediately on Gas inlet housing located. Between gas inlet and gas inlet are the or the flushing rooms adjacent to the creative space. At a Pump designed in the specified manner has that gas entering via the gas ballast inlet has the effect to rinse the room or rooms adjacent to the creative space. Corrosive or toxic gases penetrate through seals; which their sealing function is not or no longer completely meet in the adjacent to the creative space Space, then together with the ballast or purge gas is pumped back into the pump before it Can cause damage or get into the atmosphere.
  • Another advantage of the invention is that that the designer regarding the choice of location the gas ballast or purge gas inlet more options be available. Finally, on Gas inlet located gas inlet constantly open be held so that the adjacent to the scoop Room sets a negative pressure. The danger, that toxic or corrosive Gases from leaks in the outer housing penetrate outside is further reduced.
  • the rotary vane vacuum pump shown in Figure 1 includes a scoop chamber 1 and a drive motor 2.
  • the scoop chamber 1 is located in the pump room 3, formed by the outer housing 4, the engine in the engine compartment 5, formed by the motor housing 6, which to the outer pump housing 4 is flanged.
  • In the chamber 1 are the scoops 7 and 8 with their rotors 9 and 10.
  • the rotors 9 and 10 are on the motor shaft 11 attached, which is stored several times in the scoop chamber 2 and is sealed.
  • the larger level 7, 9 of the Pump is the inlet stage and stands with inlet 12 in connection.
  • the outlet 13 is at the outlet stage 8, 10 connected. Entry level 7, 9 and exit level 8, 10 are interconnected via the bore 14.
  • In this bore 14 opens the bore 15. It stands with the pump chamber 3 in connection and is referred to as designated gas ballast or purge gas inlet.
  • the gas ballast outside the pump or purge gas inlet is designated 16. It includes the valve 17 and the throttle 18.
  • the gas inlet 16 is attached to the motor housing 6 in an area remote from the pump housing 4.
  • the valve 17 When the valve 17 is open, that is to say during a gas ballast or flushing operation, the gas flows through the engine compartment 5 and through the pump compartment 3 to the inlet of the bore 15, the gas inlet located directly on the pump chamber housing. Gases entering the pump or engine compartment through leaky shaft seals are flushed back into outlet stage 8, 10. If necessary, baffles and / or a plurality of inlet connections 16 can be present in order to ensure complete flushing of the spaces adjacent to the scooping spaces 7, 8.
  • An inert gas storage container can also be connected to the inlet connection 16 if an inert gas, for example N 2 , is to be flushed or gas ballast is to be generated.
  • the ballast gas or purge gas inlet 15 near the pumping chamber is constantly open to pump room 3. Is the valve 17 closed, turns up in the pump room 3 and in the engine compartment 5 a vacuum. In the pump room 3 and the engine room 5 gases can leak through the housings 4, 6 do not penetrate to the outside. With open Valve 16 maintains throttle 18 a negative pressure in the housings 4 and 6.
  • Figure 2 shows a four-stage dry piston vacuum pump with their head space parts 21 and 22, in which are the cylindrical scoops 23 to 26. Is located between the housing parts 21, 22 the crankshaft chamber 27, the housing designated 28 is.
  • the pistons 31 to 34 are stepped and form eight pump chambers, some of which are connected in parallel are, so that the pump shown four pump stages Has. Your entrance is 35, your outlet is 36 designated.
  • the last annular pump chamber forms the last stage of the vacuum pump shown. Your entrance is designated 37, its outlet 38.
  • the last stage inlet 37 of the pump protrudes the line 39 with the crankshaft space 27 in connection. Your mouth forms the gas inlet close to the pumping chamber 41. It is located near one end of the Crankshaft housing 28. In the area of the opposite Side of the crankshaft housing 28 is the Gas ballast or purge gas inlet 16 with valve 17 and Throttle 18. In the one already described for FIG. 1 Way can flow in through the gas inlet 16 Gas flushed the crankshaft chamber 27 and a negative pressure therein be maintained.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit mindestens einem Schöpfraum und mindestens einem dem Schöpfraum benachbarten Raum, wie Motor- Antriebs-, Getriebe-, Kurbelwellen- oder dergleichen -Raum.
In vielen Industriezweigen müssen Vakuumpumpen der hier betroffenen Art ätzende und/oder toxische Gase fördern. Diese Gase können in die den Schöpfräumen der Vakuumpumpen benachbarten Räume gelangen, die in aller Regel durch Dichtungen (Wellendicht-ringe, Labyrinthdichtungen usw.) von den Schöpfräumen getrennt sind. Ätzende Gase verursachen in diesen Räumen Korrosionen oder Abrasionen, die zu einem vorzeitigen Verschleiß von Lagern oder zu Schäden an anderen dort befindlichen Bauteilen führen. Darüber hinaus können ätzende und toxische Gase auf dem Weg über den Schöpfräumen benachbarte Räume in die Atmosphäre gelangen. In der Halbleiterindustrie, wird der Bedarf an trockenen, das heißt zumindest in Bezug auf den Schöpfraum ölfreien Vakuumpumpen immer größer. Der Grund dafür liegt darin, dass die Prozesse, die in den an die Vakuumpumpen angeschlossenen Vakuumkammern ablaufen, vor störenden Kohlenwasserstoffen geschützt sind. Die in der Halbleiterindustrie eingesetzten oder entstehenden, von der Vakuumpumpe zu fördernden Gase haben häufig die Eigenschaft, während ihrer Kompression bilden. Auch Ablagerungen dieser Art können in den dem Schöpfraum benachbarten Räumen schädlich sein.
Zum Stand der Technik gehört der Inhalt folgender Dokumente :
JP-A-6310 5294:
Dieses Dokument offenbart eine Scroll-Vakuumpumpe mit einem feststehenden und einem kreisenden Bauteil. Der Antrieb des kreisenden Bauteils erfolgt über eine Antriebswelle und ein fettgeschmiertes Lager. Das Lager befindet sich in einem Raum. Um eine Verdampfung des Lagerfettes zu verhindern, wird im Lagerraum eine Stickstoff-Atmosphäre aufrecht erhalten. Nach und nach durchsetzt der Stickstoff Bohrungen im kreisenden Bauteil und gelangt in die Pumpe.
WO 92/15786:
Sie beschreibt eine mehrstufige Klauenvakuumpumpe. Diese besitzt eine Inertgaszufuhr. Das Inertgas wird einer oder mehreren Pumpstufen zugeführt, um zu verhindern, dass sich in die Pumpe gelangende oder sich während der Verdichtung der Gase in die Pumpe bildende Feststoffpartikel nicht an den Rotoren oder Wandungen der Schöpfräume anlagern.
EP-A-597 730:
Daraus ist eine ein- und zweistufig betreibbare Drehschieber-Vakuumpumpe mit einer Gasballasteinrichtung bekannt. Das Ballastgas wird einer der beiden Stufen der Pumpe über die Leitung unmittelbar zugeführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, dass die Gefahren der Entstehung von Schäden in den den Schöpfräumen benachbarten Räumen sowie des Austretens von ätzenden oder toxischen Gasen aus der Vakuumpumpe weitestgehend beseitigt sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vakuumpumpe mit einer Gasballasteinrichtung ausgerüstet ist und dass die Zufuhr des Ballastgases über den dem Schöpfraum benachbarten Raum erfolgt. Eine Vakuumpumpe gemäß dieser Erfindung hat einen äußeren Gasballast- oder Spülgaseinlass und einen unmittelbar am Schöpfraumgehäuse gelegenen Gaseintritt. Zwischen Gaseinlass und Gaseintritt befinden sich der oder die zu spülenden, dem Schöpfraum benachbarten Räume. Bei einer in der angegebenen Weise ausgebildeten Pumpe hat das über den Gasballasteinlass eintretende Gas die Wirkung, den oder die dem Schöpfraum benachbarten Räume zu spülen. Dringen ätzende oder toxische Gase durch Dichtungen; die ihre Dichtfunktion nicht oder nicht mehr vollständig erfüllen, in den dem Schöpfraum benachbarten Raum ein, dann werden sie zusammen mit dem Ballast- bzw. Spülgas zurück in die Pumpe gefördert, bevor sie Schäden anrichten oder in die Atmosphäre gelangen können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass dem Konstrukteur in Bezug auf die Wahl des Ortes des Gasballast- bzw. Spülgaseinlasses mehr Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Schließlich kann der am Schöpfraumgehäuse gelegene Gaseintritt ständig offen gehalten werden, so dass sich in dem dem Schöpfraum benachbarten Raum ein Unterdruck einstellt. Die Gefahr, dass toxische oder ätzende Gase durch Undichtigkeiten im äußeren Gehäuse nach außen dringen, ist dadurch weiter vermindert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
  • Figur 1 eine zweistufige Drehschiebervakuumpumpe und
  • Figur 2 eine vierstufige Kolbenvakuumpumpe.
Die in Figur 1 dargestellte Drehschiebervakuumpumpe umfaßt ein Schöpfraumgehäuse 1 und einen Antriebsmotor 2. Das Schöpfraumgehäuse 1 befindet sich im Pumpenraum 3, gebildet vom äußeren Gehäuse 4, der Motor im Motorraum 5, gebildet vom Motorgehäuse 6, das an das äußere Pumpengehäuse 4 angeflanscht ist. Im Schöpfraumgehäuse 1 befinden sich die Schöpfräume 7 und 8 mit ihren Rotoren 9 und 10. Die Rotoren 9 und 10 sind auf der Motorwelle 11 befestigt, welche mehrfach im Schöpfraumgehäuse 2 gelagert und abgedichtet ist. Die größere Stufe 7, 9 der Pumpe ist die Einlassstufe und steht mit dem Einlass 12 in Verbindung. Der Auslass 13 ist an die Auslassstufe 8, 10 angeschlossen. Einlassstufe 7, 9 und Auslassstufe 8, 10 sind über die Bohrung 14 miteinander verbunden. In diese Bohrung 14 mündet die Bohrung 15. Sie steht mit dem Pumpenraum 3 in Verbindung und wird im weiteren als schöpfraumnaher Gasballast- oder Spülgaseintritt bezeichnet. Der außerhalb der Pumpe befindliche Gasballast- oder Spülgaseinlass ist mit 16 bezeichnet. Er umfasst das Ventil 17 und die Drossel 18.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gaseinlass 16 in einem vom Pumpengehäuse 4 entfernt liegenden Bereich am Motorgehäuse 6 angebracht. Bei geöffnetem Ventil 17, also bei einem Gasballast- bzw. Spülbetrieb, strömt das Gas durch den Motorraum 5 und durch den Pumpenraum 3 zum Eintritt der Bohrung 15, dem unmittelbar am Schöpfraumgehäuse gelegenen Gaseintritt. Durch undichte Wellendichtungen in den Pumpen- oder Motorraum gelangende Gase werden in die Auslassstufe 8, 10 zurückgespült. Bei Bedarf können Schikanen und/oder mehrere Einlassstutzen 16 vorhanden sein, um eine vollständige Spülung der den Schöpfräumen 7, 8 benachbarten Räume sicherzustellen. An den Einlassstutzen 16 kann außerdem ein Inertgas-Vorratsbehälter angeschlossen sein, wenn mit einem Inertgas, z.B. N2, gespült oder Gasballast erzeugt werden soll.
Der schöpfraumnahe Ballastgas- oder Spülgaseintritt 15 ist zum Pumpenraum 3 ständig offen. Ist das Ventil 17 geschlossen, stellt sich im Pumpenraum 3 und im Motorraum 5 ein Vakuum ein. In den Pumpenraum 3 und den Motorraum 5 gelangende Gase können deshalb durch Lecks in den Gehäusen 4, 6 nicht nach außen dringen. Bei offenem Ventil 16 sorgt die Drossel 18 für die Aufrechterhaltung eines Unterdruckes in den Gehäusen 4 und 6.
Figur 2 zeigt eine vierstufige trockene Kolbenvakuumpumpe mit ihren Schöpfraumgehäuseteilen 21 und 22, in denen sich die zylindrischen Schöpfräume 23 bis 26 befinden. Zwischen den Gehäuseteilen 21, 22 befindet sich der Kurbelwellenraum 27, dessen Gehäuse mit 28 bezeichnet ist. Die Kolben 31 bis 34 sind jeweils gestuft und bilden acht Pumpenkammern, die zum Teil parallel geschaltet sind, so dass die dargestellte Pumpe vier Pumpstufen hat. Ihr Einlass ist mit 35, ihr Auslass mit 36 bezeichnet. In der älteren deutschen Patentanmeldung 196 34 519.7 ist eine Vakuumpumpe dieser Art im einzelnen beschrieben. Die letzte ringförmige Pumpkammer bildet die letzte Stufe der dargestellten Vakuumpumpe. Ihr Einlass ist mit 37, ihr Auslass mit 38 bezeichnet.
Der Einlass 37 der letzten Stufe der Pumpe steht über die Leitung 39 mit dem Kurbelwellenraum 27 in Verbindung. Ihre Mündung bildet den schöpfraumnahen Gaseintritt 41. Sie liegt in der Nähe der einen Stirnseite des Kurbelwellengehäuses 28. Im Bereich der gegenüberliegenden Seite des Kurbelwellengehäuses 28 befindet sich der Gasballast- oder Spülgaseinlass 16 mit Ventil 17 und Drossel 18. In der bereits zu Figur 1 beschriebenen Weise kann durch über den Gaseinlass 16 einströmendes Gas der Kurbelwellenraum 27 gespült und darin ein Unterdruck aufrechterhalten werden.

Claims (11)

  1. Vakuumpumpe mit mindestens einem Schöpfraum (7, 8, 23 bis 26), und einer Gasballasteinrichtung,
    bei welcher in einem äußeren Gehäuse (4) ein Pumpengehäuse (1) angeordnet ist, in dem sich der Schöpfraum (7, 8, 23 bis 26) befindet, und
    bei welcher mindestens ein dem Schöpfraum benachbarter Raum (3, 5, 27) vorhanden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbällasteinrichtung die folgenden Merkmale hat:
    einen schöpfraumnahen Gasballasteintritt (15, 41), der als das Pumpengehäuse (4) durchsetzende Verbindung zwischen dem Schöpfraum (7, 8, 23 bis 26) und einem benachbarten Raum (3, 5, 27) ausgebildet ist;
    einen vom Schöpfraumgehäuse (1) entfernten Gasballasteinlass (16), der am Gehäuse (4, 6) eines dem Schöpfraum (7, 8, 23 bis 26) benachbarten Raumes (3, 5, 27) angeordnet ist und mit einem Ventil (17) ausgerüstet ist;
    der dem Schöpfraum benachbarte Raum (3, 5, 27) befindet sich zumindest teilweise zwischen Gasballasteinlass (16) und Gasballasteintritt (15, 41).
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasballasteinlass (16) neben dem Ventil (17) mit einer Drossel (18) ausgerüstet ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaseinlässe (16) an verschiedenen Stellen der Pumpe vorgesehen sind.
  4. Pumpe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gaseinlässe (16) mit einem Inertgas-Vorratsbehälter in Verbindung stehen.
  5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Drehschiebervakuumpumpe ausgebildet ist.
  6. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zweistufig ausgebildet ist, dass sie einen Pumpenraum (3) und einen Motorraum (5) aufweist, und dass eine Bohrung (15) vorhanden ist, welche eine Verbindungsbohrung (14) zwischen den beiden Stufen (7, 9 und 8, 10) mit dem Pumpenraum (3) verbindet.
  7. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (16) am Motorgehäuse (6) angeordnet ist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie als mehrstufige Kolbenvakuumpumpe ausgebildet ist.
  9. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (37) der letzten Pumpenstufe mit einem Kurbelwellenraum (27) in Verbindung steht.
  10. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (41) der Leitung (39) in den Kurbelwellenraum (27) und der Gaseinlass (16) in den Bereichen einander gegenüberliegender Stirnseiten des Kurbelwellengehäuses (28) angeordnet sind.
  11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine trockene Vakuumpumpe ist.
EP98907961A 1997-03-06 1998-01-20 Vakuumpumpe Expired - Lifetime EP0964999B1 (de)

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DE19709206A DE19709206A1 (de) 1997-03-06 1997-03-06 Vakuumpumpe
PCT/EP1998/000288 WO1998039570A1 (de) 1997-03-06 1998-01-20 Vakuumpumpe

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EP (1) EP0964999B1 (de)
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KR (1) KR100592161B1 (de)
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