EP1164294A1 - Gasreibungspumpe - Google Patents

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EP1164294A1
EP1164294A1 EP01110210A EP01110210A EP1164294A1 EP 1164294 A1 EP1164294 A1 EP 1164294A1 EP 01110210 A EP01110210 A EP 01110210A EP 01110210 A EP01110210 A EP 01110210A EP 1164294 A1 EP1164294 A1 EP 1164294A1
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gas friction
rotor component
friction pump
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports

Definitions

  • the invention relates to a gas friction pump according to the preamble of FIG. 1. Claim.
  • Gas friction pumps of various types are used to convey gases known. Their mode of operation in the molecular flow range is based on the Transmission of impulses from moving walls to the gas particles.
  • the first Gas friction pump of this type was introduced by Gaede. More technical Modifications while maintaining the basic principle are constructions of Siegbahn, Holweck and Becker. The latter is known as a turbomolecular pump has been successful in wide areas of technology and science proven. It is therefore used as an example for the description of the present invention used.
  • the pumping speed of turbomolecular pumps is next to the internal structure of the Pump and speed also significantly through the input cross section of the Intake flange determined.
  • the dimensions of the intake flange are determined by Standard regulations set to a few sizes. Should be like this specified suction cross-section, greater suction capacity can be achieved, can increase the diameter of the discs and thus the pumping area become. This leads to a design in which the diameter of the discs is larger is the diameter of the intake flange. It is obvious that that Pumping speed is limited by the cross section of the intake flange. This acts like a flow resistance between the top rotor disc and Recipient.
  • the object of the invention is largely this flow resistance to overcome and so the pumping speed, which is determined by the diameter of the the upper rotor disk is given maximum use.
  • Embodiments can optimally adapt the modified rotor component the recipient and its connection to the intake flange. This also opens up the possibility of partially over the rotor component Let the suction flange protrude into the recipient.
  • Stator components compared to the modified rotor component can be pump-active Structures. This will make the transition from the smaller to the larger Diameter of the modified rotor component made even more effective.
  • FIGS. 2a, 3a, 4a and 5 show further embodiments which are shown in FIGS. 2a, 3a, 4a and 5 in section and in FIGS. 2b, 3b and 4b in the respective associated Perspective are shown.
  • Fig. 1 shows a gas friction pump with the housing 1, which has a suction opening 2 for connecting a recipient and a gas outlet opening 3 is provided.
  • the rotor shaft 4 is fixed in bearings 5 and 6 and is driven by the motor 7 driven.
  • the rotor components 12 are fastened on the rotor shaft 4. These are with provided with a pump-active structure and effect with the stator components 14, which are also provided with a pump-active structure, the pump effect.
  • the Intake opening has an inner diameter that is smaller than that Outside diameter of the rotor and stator components.
  • a modified rotor component 16 is attached according to the invention, which is shown in FIGS. 2a and 2b as a detail from FIG. 1 in a sectional and perspective view.
  • This rotor component is provided with a gas-producing structure. Its radial expansion increases from the suction opening in the direction of the other rotor and stator components and can finally reach their radial expansion.
  • the radial expansion can increase either in stages, as in FIGS. 1, 2a and 2b or continuously in conical 17 in FIGS. 3a and 3b or dome-shaped 18 in FIGS. 4a and 4b. Mixed forms of the design types are also possible.
  • a multi-part design of the modified component 19a, 19b as in FIG. 5 can be sensible for reasons of the manufacturing possibilities.
  • the possibility should also be mentioned that the radial expansion of the modified rotor component is smaller than that of the other rotor components and remains constant in the axial direction.
  • stator components 26-29 can also be used pump-active structure. These stator components are either called Individual components or formed as part of the housing 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasreibungspumpe, deren Ansaugöffnung (2) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Rotor- und Statorbauteile (12, 14). Auf der Seite der Ansaugöffnung ist ein abgewandeltes Rotorbauteil (16) angebracht. Dessen radiale Ausdehnung nimmt von der Ansaugöffnung aus in Richtung der übrigen Rotor- und Statorbauteile zu. Die Zunahme erfolgt entweder in Stufen oder kontinuierlich in konischer oder kuppelförmiger Bauweise. Gegenüber dem abgewandelten Rotorbauteil ist ein Statorbauteil mit pumpaktiver Struktur versehen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasreibungspumpe nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.
Zur Förderung von Gasen sind Gasreibungspumpen der verschiedensten Bauarten bekannt. Ihre Arbeitsweise im molekularen Strömungsbereich beruht auf der Übertragung von Impulsen von bewegten Wänden auf die Gasteilchen. Die erste Gasreibungspumpe dieser Art wurde von Gaede vorgestellt. Weitere technische Abwandlungen unter Beibehaltung des Grundprinzips sind Konstruktionen von Siegbahn, Holweck und Becker. Letztere ist als Turbomolekularpumpe bekannt und hat sich in weiten Bereichen der Technik und Wissenschaft mit großem Erfolg bewährt. Sie wird daher für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung als Beispiel herangezogen.
Die im folgenden beschriebenen Nachteile der bisher bekannten Pumpen und die Beseitigung der Nachteile im Rahmen der Erfindung treffen genauso gut für andere Gasreibungspumpen zu.
Das Saugvermögen von Turbomolekularpumpen wird neben der inneren Struktur der Pumpe und der Drehzahl auch wesentlich durch den Eingangsquerschnitt des Ansaugflansches bestimmt. Die Dimensionen des Ansaugflansches werden durch Normvorschriften auf einige wenige Größen festgelegt. Soll bei einem so vorgegebenen Ansaugquerschnitt ein größeres Saugvermögen erreicht werden, kann der Durchmesser der Scheiben und somit die pumpaktive Fläche vergrößert werden. Dies führt zu einer Bauform, bei der der Durchmesser der Scheiben größer ist als der Durchmesser des Ansaugflansches. Es ist offensichtlich, dass das Saugvermögen hierbei durch den Querschnitt des Ansaugflansches begrenzt wird. Dieser wirkt wie ein Strömungswiderstand zwischen oberster Rotorscheibe und Rezipient.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Strömungswiderstand weitgehend zu überwinden und so das Saugvermögen, welches durch den Durchmesser der oberen Rotorscheibe vorgegeben ist, maximal auszunutzen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 11 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch das abgewandelte Rotorbauteil wird der Leitwertverlust, welcher durch den vorgegebenen Durchmesser des Ansaugflansches bewirkt wird, weitgehend beseitigt. Das abzupumpende Gas wird vom Rezipienten aus durch die gasfördernde Struktur den übrigen, mit größerem Durchmesser ausgestatteten Rotor- und Statorbauteile zugeführt und kann von hier aus ohne zusätzliche Verluste weiter gefördert werden. Durch die in den Unteransprüchen beschriebenen unterschiedlichen Ausgestaltungsformen kann das abgewandelte Rotorbauteil optimal an den Rezipienten und dessen Verbindung mit dem Ansaugflansch angepasst werden. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, das Rotorbauteil teilweise über den Ansaugflansch hinaus in den Rezipienten hineinragen zu lassen.
Statorbauteile gegenüber dem abgewandelten Rotorbauteil können mit pumpaktiven Strukturen versehen sein. Dadurch wird der Übergang vom kleineren zum größeren Durchmesser des abgewandelten Rotorbauteils noch wirkungsvoller gestaltet.
Anhand der Figuren 1 bis 5 soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine Turbomolekularpumpe mit der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Fig. 2a - 4b und 5 zeigen weitere Ausgestaltungsformen, die in den Fig. 2a, 3a, 4a und 5 im Schnitt und in den Fig. 2b, 3b und 4b in der jeweils zugehörigen Perspektive dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine Gasreibungspumpe mit dem Gehäuse 1, welches mit einer Ansaugöffnung 2 zum Anschluss eines Rezipienten und einer Gasaustrittsöffnung 3 versehen ist. Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 5 und 6 fixiert und wird durch den Motor 7 angetrieben. Auf der Rotorwelle 4 sind die Rotorbauteile 12 befestigt. Diese sind mit einer pumpaktiven Struktur versehen und bewirken mit den Statorbauteilen 14, welche ebenfalls mit einer pumpaktiven Struktur versehen sind, den Pumpeffekt. Die Ansaugöffnung hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Rotor- und Statorbauteile.
Auf der Seite der Ansaugöffnung ist erfindungsgemäß ein abgewandeltes Rotorbauteil 16 angebracht, welches in den Fig. 2a und 2b als Ausschnitt aus Fig. 1 in Schnitt und Perspektive dargestellt. Dieses Rotorbauteil ist mit einer gasfördernden Struktur versehen. Seine radiale Ausdehnung nimmt von der Ansaugöffnung aus in Richtung der übrigen Rotor- und Statorbauteile zu und kann schließlich deren radiale Ausdehnung erreichen. Bei den verschiedenen Ausführungsformen kann die radiale Ausdehnung entweder in Stufen, wie in den Fig. 1, 2a und 2b oder kontinuierlich in konischer 17 in den Fig. 3a und 3b oder kuppelförmiger 18 in den Fig. 4a und 4b Bauweise zunehmen. Auch Mischformen der Ausführungsarten sind möglich. Eine mehrteilige Ausführung des abgewandelten Bauteiles 19a, 19b wie in Fig. 5, kann aus Gründen der Fertigungsmöglichkeiten sinnvoll sein.
Schließlich soll noch die Möglichkeit erwähnt werden, dass die radiale Ausdehnung des abgewandelten Rotorbauteils kleiner ist als die der übrigen Rotorbauteile und in axialer Richtung konstant bleibt.
Gegenüber den abgewandelten Rotorbauteil können Statorbauteile 26 - 29 mit pumpaktiver Struktur angebracht sein. Diese Statorbauteile werden entweder als Einzelbauteile oder als Teil des Gehäuses 1 ausgebildet.

Claims (11)

  1. Gasreibungspumpe, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit Ansaugöffnung (2) zum Anschluss eines Rezipienten und Gasaustrittsöffnung (3), wobei sich in dem Gehäuse pumpaktive Rotor- (12) und Statorbauteile (14) zur Förderung von Gasen und zur Erzeugung eines Druckverhältnisses befinden und der Innendurchmesser der Ansaugöffnung (2) kleiner ist als der Durchmesser der pumpaktiven Rotor- und Statorbauteile, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgewandeltes Rotorbauteil (16, 17, 18, 19a, 19b) mit gasfördernder Struktur auf der Seite der Ansaugöffnung (2) vorhanden ist, dessen radiale Ausdehnung von der Ansaugöffnung aus in Richtung der übrigen Rotor- und Statorbauteile zunimmt.
  2. Gasreibungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung des abgewandelten Rotorbauteils stufenförmig zunimmt.
  3. Gasreibungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung des abgewandelten Rotorbauteils kontinuierlich zunimmt.
  4. Gasreibungspumpe nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abgewandelte Rotorbauteil ganz oder teilweise eine konische Bauform aufweist.
  5. Gasreibungspumpe nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil ganz oder teilweise eine kuppelförmige Bauform aufweist.
  6. Gasreibungspumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung des abgewandelten Rotorbaueils auf der dem Statorbauteil zugewandten Seite der radialen Ausdehnung der übrigen Rotorbauteile entspricht.
  7. Gasreibungspumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgewandelte Rotorbauteil über die Ansaugöffnung hinaus teilweise in den Rezipienten hineinragt.
  8. Gasreibungspumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgewandelte Rotorbauteil aus mehreren Teilen besteht.
  9. Gasreibungspumpe, besehend aus einem Gehäuse (1) mit Ansaugöffnung (2) zum Anschluss eines Rezipienten und Gasaustrittsöffnung (3), wobei sich in dem Gehäuse pumpaktive Rotor- (12) und Statorbauteile (14) zur Förderung von Gasen und zur Erzeugung eines Druckverhältnisses befinden und der Innendurchmesser der Ansaugöffnung (2) kleiner ist der Durchmesser der pumpaktiven Rotor- und Statorbauteile, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgewandeltes Rotorbauteil mit gasfördernder Struktur auf der Seite der Ansaugöffnung (2) vorhanden ist, dessen radiale Ausdehnung kleiner ist als die der übrigen Rotor- und Statorbauteile.
  10. Gasreibungspumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüber dem abgewandelten Rotorbauteil ein Statorbauteil (26, 27, 28, 29) mit pumpaktiver Struktur befindet.
  11. Gasreibungspumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorbauteil (26, 27, 28, 29) als Teil des Gehäuses (1) ausgebildet ist.
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