EP1392973A1 - Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe - Google Patents

Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe

Info

Publication number
EP1392973A1
EP1392973A1 EP02776503A EP02776503A EP1392973A1 EP 1392973 A1 EP1392973 A1 EP 1392973A1 EP 02776503 A EP02776503 A EP 02776503A EP 02776503 A EP02776503 A EP 02776503A EP 1392973 A1 EP1392973 A1 EP 1392973A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pump
stage
inlet
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02776503A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Bahnen
Josef Hodapp
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Vakuum GmbH filed Critical Leybold Vakuum GmbH
Publication of EP1392973A1 publication Critical patent/EP1392973A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage piston vacuum pump with the features of the preamble of claim 1.
  • a piston vacuum pump of this type is known from WO : 00/63556.
  • a linear drive is assigned to each piston of the piston pairs.
  • the inlet valve opens near a - er.s en - dead center, controlled by the piston itself.
  • the piston opens at its point due to its geometry, an outlet valve arranged on the front.
  • the pressure difference can only in the last ⁇ -pressure side) compressors si'qnslose for opening the A ⁇ slassventiles: be used because sufficiently high only at this point 'pressure differences occur.
  • the linear operation of the pistons is designed so that: every piston swings around its central position.
  • the piston n carries a permanent magnet in its ni ,, t , lere area, are these laterally assigned to stator permanent magnets.
  • Periodically energized coils arranged symmetrically thereto generate electromagnetic forces which cause the piston to move.
  • the present invention is based on the object of designing a piston vacuum pump of the type concerned here in such a way that it relates to the load dependency Disadvantages are largely eliminated without having to increase the costs and / or the power consumption of one or more drives.
  • the inlet valve of the last pump stage in such a way that it also opens when the piston moves which have a reduced amplitude due to high loads or high pressure differences.
  • the inlet valve fulfills this requirement if the inlet opening designed as a radial slot in the piston wall is relatively large in the axial direction.
  • the axial height is expediently 10% to 20%, preferably 20%, of the piston stroke. This ensures that the piston still opens the inlet opening sufficiently, even with a reduced movement amplitude due to high loads.
  • the outlet valve initially only opens due to the high pressure differences present. If the load or the pressure difference decreases, the piston is again able to perform its full stroke movement. The admission cut is increasingly being released.
  • the piston itself opens the outlet valve.
  • the two compression stages of the pressure-side piston are connected in parallel and form the last pressure-side pump stage.
  • the faces of the piston "see” substantially equal pressures during operation.
  • the smooth swinging of the piston around its central position is not disturbed.
  • Both exhaust and intake valves open fully.
  • the performance data of the two compression stages are not reduced by the piston swinging unevenly.
  • This solution does indeed deviate from the operation of multi-stage vacuum pumps that is common in vacuum technology.
  • the last pump stage with two compression stages operated in parallel has a larger volume than the pumping chamber of the previous pump stage.
  • this disadvantage can easily be accepted due to the advantage that a uniform oscillation of the piston of the last pump stage is ensured.
  • the pump-effective sections of at least the pressure-side piston have different diameters. It is thereby achieved that the volume of the compression chamber of the piston section with the smaller diameter is smaller than the volume of the compression chamber of the piston section with the larger diameter.
  • the movement of the piston around its central position is essentially uniform when higher pressures occur in the smaller pumping chamber than in the larger pumping chamber. It is possible to arrange the two pressure-side scoops one behind the other - as is common in vacuum technology. The smooth piston movement is least disturbed when the product of the front piston face and the average pressure occurring in the associated scooping chamber is approximately the same on both sides. Further advantages and details of the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments schematically illustrated in FIGS. 1 to 4. Show it
  • FIG. 1 shows a solution with an enlarged inlet opening on the pressure side
  • Figure 4 shows a solution in which the pump-effective piston sections of the piston on the pressure side have different diameters.
  • the figures each show a piston vacuum pump 1 with a pair of pistons (pistons 2 and 3).
  • Each piston has piston sections 4, 5 and 6, 7, the free end faces of which are each assigned a cylindrical scoop 11 to 14.
  • the pistons 2, 3 and the scoops 11 to 14 are located in a housing 15 with cylinder sections 16 to 19 for each of the piston sections 4 to 7.
  • the materials of the cylinder sliding surfaces and the associated piston surfaces are selected in a manner known per se so that the pump dry, ie can be operated without lubricants.
  • a linear drive is assigned to each of the pistons 2, 3. It comprises a permanent magnet ring 21, 22 on the piston side, which surrounds the piston 2, 3 in its central region.
  • the permanent magnet rings 21, 22 move each in an annular space 23, 24 surrounding the piston.
  • On the stator side each of the two permanent magnets 21, 22 on the piston side is assigned further permanent magnet rings 26 to 29, each of which forms the axial delimitation of the annular spaces 23, 24.
  • Components of the linear drive on the stator side are also coils 31 to 34 and yoke components 35 to 38 comprising these coils.
  • the coils 31 to 34 are energized in such a way that the magnetic fields generated by them and guided by the yoke components 35 to 38 with the magnetic fields of the permanent magnet rings 21, 22 , 26, 27 interact in the desired manner.
  • the pistons 2, 3 should swing about a central position, so that the piston faces can perform their pumping functions during this movement.
  • the compression spaces 11 to 14 are each equipped with an inlet valve and an outlet valve.
  • Each of the inlet valves 41 to 44 includes an inlet opening 45 to 48, which is located between an outer inlet chamber 49 to 52 ' and the respective scoops 11 to 14.
  • the inlet openings 45 to 48 are designed as slot-shaped, radially extending openings in the respective cylinder wall.
  • the piston sections 4 to 7 each release the inlet opening when they assume one of their two dead center positions (in each case retracted position in the cylinder).
  • the outlet valves 54 to 57 are each arranged on the end face. Their locking elements separate the compression space from an outlet space (58 to 61) until they are opened by the respective piston section 4 to 7 - at high pressure differences also by the pressure generated.
  • the closure elements are designed as flexible plates 62 to 65, which extend over the entire cross-section of the cylinder sections, are fastened centrally to the housing 2 and are actuated peripherally by the pressure generated or by the end faces of the piston.
  • the piston faces are concave.
  • the end faces of the cylinder walls form the valve seats.
  • the gases emerging from the valves 54 to 57 first enter the outlet chambers 58 to 61, to which the outlets 66 to 69 are connected.
  • Other designs of the exhaust valves as are known for example from DE-A-196 34 518, can be implemented.
  • the inlet of the pump is denoted by 71. It communicates with the inlet chambers 49 and 50.
  • the two associated compression stages are connected in parallel. Together with the associated components, they form a first pump stage located on the suction side.
  • the outlets 66, 67 of the two outlet chambers 58, 59 are jointly connected to the inlet chamber 51 via the line 72.
  • the outlet 68 of this compression stage is connected via line 73 to the inlet chamber 52, which is part of the compression stage with the compression chamber 14 and forms the third pump stage located on the pressure side.
  • the outlet of this pump stage is labeled 69. It forms the outlet 70 of the multi-stage pump 1.
  • the inlet opening 48 belonging to the inlet valve 44 is made relatively large in the axial direction.
  • the height of the radial slot in the cylinder section 19 is approximately 20% of the piston stroke, so that the piston section 7 can at least partially release the inlet opening 48 even when the piston 3 does not oscillate symmetrically about its central position, caused by the pressure difference in the pumping chambers 13, 14.
  • the multi-stage vacuum pump - as in the embodiment according to FIG. 1 - also comprises four compression stages.
  • the inlet opening 48 of the inlet valve 44 has the same dimensions as the inlet openings of the other inlet valves 41, 42, 43.
  • the inlet of the pump is denoted by 71. It is connected to the inlet chamber 49 of the compression stage with the pump chamber 11.
  • the outlet chamber 58 (outlet 66) of these compression stages is connected via the line 57 to the inlet chamber 50 of the compression stage with the pump chamber 12, that is to say that the compression stages mentioned are in succession are switched.
  • the outlet 67 is connected via line 76 to both inlet chambers 51, 52 of the pressure-side piston 3.
  • the two outlet chambers 60, 61 of these compression stages are connected to the outlet 70 of the pump 1 via the line 77.
  • the inlet 71 of the pump 1 is connected via the line 81 with the check valve 82 to the inlet chambers 51 and 52 of the two compression stages arranged in parallel on the pressure side.
  • the closing direction of the check valve 82 is selected such that it is closed during normal operation of the pump 1. During this operation, the pressure in the inlet 71 of the pump 1 is less than the pressure in the inlet chambers 51, 52 of the pressure-side pump stage.
  • the pressure conditions can be reversed, since the pumping speed of the pumping stage on the pressure side, which consists of two compression stages arranged in parallel, is higher than the pumping speed of the previous pump stages (compression stages arranged one behind the other).
  • the check valve 82 opens (expediently at a pressure difference of approx. 100 mbar) and establishes a direct connection between the inlet 71 of the pump 1 and its pumping stage on the pressure side.
  • the higher pumping speed of this pump stage ensures that the connected chamber is evacuated quickly until the pressure conditions are reversed.
  • the valve 82 closes.
  • the pump 1 then operates in three stages and evacuates the connected chamber to the desired final pressure.
  • the check valve is only shown schematically. Many designs, such as those disclosed in DE 199 17 009 A1, are possible.
  • the embodiment according to FIG. 3 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 2.
  • the diameter of its piston sections 6, 7, which are components of the pressure-side pump stage consisting of two compression stages connected in parallel, is smaller than that of the Execution according to Figure 2 (by approx. 30%).
  • the pumping speed of this pump stage is therefore no longer significantly higher than the pumping speed of the previous pump stages.
  • the pump 1 can have further suction-side pump stages, a pump stage 86 consisting of two compression stages 84, 85 connected in parallel is located upstream of the inlet 71.
  • the compression stages 84, 85 can be piston stages of the same type or stages that operate on a different pumping principle.
  • a high vacuum pump e.g. a turbomolecular vacuum pump
  • the devices described above can of course also be used in the embodiments according to FIGS. 1, 2 and 4.
  • the compression stages of the piston 1 on the suction side are connected in parallel.
  • the inlet 71 of the pump 1 is connected to the two inlet chambers 49, 50.
  • the compression stages of the piston 3 are connected in series.
  • the piston section 7 of the compression-side compression stage has a smaller diameter than the piston section 6.
  • the piston section 7 and the cylinder section 19 have different dimensions.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Kolbenvakuumpumpe (1) mit Eintritt (71) Austritt (70), mit mindestens einem Kolbenpaar (2, 3) und mit mehreren, den Stirnseiten der Kolben Zugeordneten Kompressionsstufen, die jeweils einen Kolbenabschnitt (4 bis 7), einen Zylinderabschnitt (16 bis 19), einen Schöpfraum (11 bis 14) sowie ein Einlassventil (41 bis 44) und ein auslassventil (54 bis 57) umfassen ; um die Leistungsaunahme zu reduzieren, wird vorgeschlagen, die Höhe des Radialschlitzes, der die Einlassöffnung des Einlassventiles bildet, zu vergrö beta ern, zwei druckseitige Pumpstufen Parallel zu betreiben oder den Durchmesser des Kolbenabschnittes der letzten Pumpstufe gegenüber dem Durchmesser des Kolbenabschnittes der vorletzten Pumpstufe kleiner zu wählen.

Description

MEHRSTUFIGE KO BENVAK0ÜMPUMPE UND VERFAHREN ZUM BETRIEB DIESER PUMPE
Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Kolbenvakuumpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. ,
Eine Kolbenvakuumpumpe dieser Art ist aus der WO : 00/63556 bekannt. Jedem Kolben der Kolbenpaare ist ein Linearantrieb zugeordnet. Im Bereich jeder der beiden Stirnseiten des Kolbens befindet sich eine: Kompressionsstufe mit Schöpfraum, Einläss- und Auslassventil.. Das Einlassventil öffnet jeweils in der Nähe eines - er.s en - Totpunktes, vom Kolben selbst gesteuert. Am Ende der Kolbenbewegung zum. anderen - zweiten - Tot-! punkt öffnet der Kolben durch -seine Geometrie ein stirnseitig angeordnetes Auslassventil. Die Druckdifferenz kann nur in der letzten {druckseitigen) Kompres- si'qnsstufe zur Öffnung des Aμslassventiles: verwendet werden, da nur an dieser Stelle hinreichend hohe' 'Druckdifferenzen auftreten.
Der Linearbetrieb der Kolben ist so ausgelegt, dass.: jeder Kolben um seine Mittellage schwingt. Beim Linearantrieb nach der WO 00/63556 trägt der Kolb n in seinem n-i,,t, lere Bereich eine Permanentmagneten, jDiesem' sind seitlich Stator-Permanentmagneten zugeordnet. Symmetrisch dazu angeordnete, periodisch bestromte Spulen erzeugen elektromagnetische, die Kolbenbewegung bewirkende Kräfte.
Bei mehrstufigen Kolbenvakuumpumpen der betroffenen Art schwingen ihre Kolben zweckmäßig paarweise gegenläufig zueinander, so dass Vibrationen vermieden werden können. Die Anzahl ihrer Kolben beträgt deshalb zwei oder ein Vielfaches davon. Pro Kolben sind zwei Kompressionsstufen vorhanden.
Bei mehrstufigen Vakuumpumpen im allgemeinen und auch bei Kolbenvakuumpumpen im besonderen ist es bekannt, diese so zu betreiben, dass die Schöpfraumvolumina der Pumpstufen von der Saugseite zur Druckseite abnehmen, und zwar in etwa in dem Maße, mit dem das Volumen der geförderten Gase mit dem zunehmenden Druck abnimmt. Bei der Kolbenvakuumpumpe nach der WO 98/00077 sind beispielsweise vier saugseitige Kompressionsstufen parallel geschaltet und bilden die erste Pumpstufe. Zwei weitere parallel geschaltete Kompressionsstufen bilden die zweite Pumpstufe. Die beiden letzten Kompressionsstufen sind hintereinander geschaltet und bilden die dritte und vierte Pumpstufe.
Bei Versuchen mit Kolbenvakuumpumpen der hier betroffenen Art, bei denen die Kolben vom Linearantrieb in Schwingungen versetzt werden, ergab sich, dass sie nicht die erwarteten Leistungsdaten hatten. Als Ursache für diese Versuchsergebnisse wurde folgendes erkannt: Das Schwingen der Kolben um ihre Mittellage ist dadurch gestört, dass in den beiden stirnseitig angeordneten Schöpfräumen der Kompressionsstufen eines Kolbens unterschiedliche Drücke herrschen. Dies gilt insbesondere für den druckseitig angeordneten Kolben, dessen Kompressionsstufen entsprechend der in der Vakuumtechnik üblichen Betriebsweise zwei hintereinander angeordnete Pumpstufen bilden. Bei unterschiedlichen Drücken in den stirnseitigen Kompressionsstufen schwingt der Kolben nicht mehr symmetrisch um seine Mittellage. Die Folge der- asymmetrischen Kolbenbewegung ist, dass Einlassund/oder Auslassventile nicht mehr vollständig öffnen. Insgesamt ist der Hub des Kolbens lastabhängig, d.h. dass einige Ventile bei zunehmender Druckdifferenz ihren Öffnungsquerschnitt nicht mehr vollständig oder - bei hinreichend hohen Druckdifferenzen in den einander gegenüberliegenden Kompressionsstufen - gar nicht mehr freigeben.
Es wäre denkbar, den zumindest druckseitigen Kolben mit einem stärkeren Linearantrieb auszurüsten. Diese Maßnahme würde jedoch die hier betroffenen mehrstufigen Kolbenvakuumpumpen erheblich verteuern, da für die Antriebe einer Pumpe unterschiedliche Bauteile ( Magnete, Spulen, Joche und dgl.) verwendet werden müssten. Eine Verstärkung aller Linearantriebe würde darüber hinaus dem Ziel der Minimierung der aufgenommenen elektrischen Leistung entgegenstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenvakuumpumpe der hier betroffenen Art so auszubilden, dass die die Lastabhängigkeit betreffenden Nachteile weitestgehend beseitigt sind, ohne die Kosten und/oder die Leistungsaufnahme eines oder mehrerer Antriebe erhöhen zu müssen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Als erste Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, zumindest das Einlassventil der letzten Pumpstufe so zu gestalten, dass es auch noch bei Kolbenbewegungen öffnet, die- aufgrund hoher Lasten bzw. hoher Druckdifferenzen eine reduzierte Amplitude haben. Diese Voraussetzung erfüllt das Einlassventil, wenn die als Radialschlitz in der Kolbenwand ausgebildete Einlassöffnung in axialer Richtung relativ groß ist. Zweckmäßig beträgt die axiale Höhe 10% bis 20%, vorzugsweise 20%, des Kolbenhubs. Dadurch ist sichergestellt, dass der Kolben die Einlassöffnung auch bei durch hohe Lasten reduzierter Bewegungsamplitude noch ausreichend weit öffnet. Das Auslassventil öffnet zunächst nur aufgrund der vorhandenen hohen Druckdifferenzen. Nimmt die Last bzw. die Druckdifferenz ab, ist der Kolben wieder in der Lage, seine volle Hubbewegung auszuführen. Der Einlassguer- schnitt wird zunehmend freigegeben. Der Kolben selbst öffnet das Auslassventil.
Bei einer zweiten Lösung der gestellten Aufgabe sind die beiden Kompressionsstufen des druckseitigen Kolbens parallel geschaltet und bilden die letzte druckseitige Pumpstufe. Die Stirnseiten des Kolbens "sehen" während des Betriebs im wesentlichen gleiche Drücke. Das gleichmäßige Schwingen des Kolbens um seine Mittellage ist nicht gestört. Beide Auslass- und Einlassventile öffnen vollständig. Die Leistungsdaten der beiden Kompressionsstufen sind durch ungleichmäßiges Schwingen des Kolbens nicht reduziert. Bei dieser Lösung wird zwar von der in der Vakuumtechnik üblichen Betriebsweise mehrstufiger Vakuumpumpen abgewichen. Die letzte Pumpstufe mit zwei parallel betriebenen Kompressionsstufen hat insgesamt ein größeres Volumen als der Schöpfräum der vorhergehenden Pumpstufe. Dieser Nachteil kann jedoch durch den Vorteil, dass ein gleichmäßiges Schwingen des Kolbens der letzten Pumpstufe sichergestellt ist, ohne weiteres in Kauf genommen werden.
Beim dritten Lösungsvorschlag haben die pumpwirksamen Abschnitte zumindest des druckseitigen Kolbens unterschiedliche Durchmesser. Dadurch wird erreicht, dass das Schöpfraumvolumen des Kompressionsraumes des Kolbenabschnittes mit dem kleineren Durchmesser kleiner ist als das Schöpfraumvolumen des Kolbenabschnittes mit dem größeren Durchmesser. Bei dieser Ausführung ist die Bewegung des Kolbens um seine Mittellage gerade dann im wesentlichen gleichmäßig, wenn im kleineren Schöpfraum höhere Drücke auftreten als im größeren Schöpfräum. Es besteht die Möglichkeit, die beiden druckseitigen Schöpfräume - wie allgemein in der Vakuumtechnik üblich - hintereinander anzuordnen. Die gleichmäßige Kolbenbewegung ist dann am wenigsten gestört, wenn das Produkt aus stirnseitiger Kolbenstirnfläche und mittlerem, im zugehörigen Schöpfraum auftretenden Druck auf beiden Seiten etwa gleich ist. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine Lösung mit einer druckseitig vergrößerten Ξinlassöffnung,
Figuren 2 und 3 Lösungen, bei denen die beiden druckseitigen Kompressionsstufen parallel angeordnet sind, und
Figur 4 eine Lösung, bei der die pumpwirksamen Kolbenabschnitte des druckseitig gelegenen Kolbens unterschiedliche Durchmesser haben.
Die Figuren zeigen jeweils eine Kolbenvakuumpumpe 1 mit einem Kolbenpaar (Kolben 2 und 3) . Jeder Kolben weist Kolbenabschnitte 4, 5 bzw. 6, 7 auf, deren freien Stirnseiten jeweils ein zylindrischer Schöpfräum 11 bis 14 zugeordnet ist. Die Kolben 2, 3 und die Schöpfräume 11 bis 14 befinden sich in einem Gehäuse 15 mit Zylinderabschnitten 16 bis 19 für jeden der Kolbenabschnitte 4 bis 7. Die Werkstoffe der Zylindergleitflächen und der zugehörigen Kolbenoberflächen sind in an sich bekannter Weise so gewählt, dass die Pumpe trocken, d.h. ohne Schmiermittel betrieben werden kann.
Jedem der Kolben 2 , 3 ist ein Linearantrieb zugeordnet. Er umfaßt kolbenseitig jeweils einen Permanentmagnet- ring 21, 22, der den Kolben 2, 3 in seinem mittleren Bereich umgibt. Die Permanentmagnetringe 21, 22 bewegen sich jeweils in einem den Kolben umgebenden Ringraum 23, 24. Statorseitig sind jedem der beiden kolbenseiti- gen Permanentmagneten 21, 22 weitere Permanentmagnet- ringe 26 bis 29 zugeordnet, die jeweils die axiale Begrenzung der Ringräume 23, 24 bilden. Statorseitige Bestandteile des Linearantriebs sind weiterhin Spulen 31 bis 34 und diese Spulen umfassende Jochbauteile 35 bis 38. Die Spulen 31 bis 34 werden so bestromt, dass die von ihnen erzeugten und von den Jochbauteilen 35 bis 38 geführten Magnetfelder mit den Magnetfeldern der Permanentmagnetringe 21, 22, 26, 27 in der gewünschten Weise in Wechselwirkung treten. Die Kolben 2, 3 sollen um eine Mittellage schwingen, so dass die Kolbenstirnseiten während dieser Bewegung ihre Pumpfunktionen erfüllen können.
Zur Erfüllung der gewünschten Pumpwirkung sind die Kompressionsräume 11 bis 14 jeweils mit einem Einlassventil und einem Auslassventil ausgerüstet. Zu jedem der Einlassventile 41 bis 44 gehören eine Einlassöffnung 45 bis 48, die sich jeweils zwischen einer äußeren Einlasskammer 49 bis 52' und dem jeweiligen Schöpfräume 11 bis 14 befindet. Die Einlassöffnungen 45 bis 48 sind als schlitzförmige, sich radial erstreckende Durchbrechungen in der jeweiligen Zylinderwand ausgebildet. Die Kolbenabschnitte 4 bis 7 geben jeweils die Einlassöffnung frei, wenn sie eine ihrer beiden Totpunktlagen annehmen (jeweils in den Zylinder zurückgezogene Stellung) .
Die Auslassventile 54 bis 57 sind jeweils stirnseitig angeordnet. Ihre Verschlußelemente trennen den jeweili- gen Kompressionsraum von einem Auslassraum (58 bis 61) so lange, bis sie vom jeweiligen Kolbenabschnitt 4 bis 7 - bei hohen Druckdifferenzen auch vom erzeugten Druck - geöffnet werden. Die Verschlusselemente sind als sich über den gesamten Querschnitt der Zylinderabschnitte erstreckende, flexible Teller 62 bis 65 ausgebildet, die zentral am Gehäuse 2 befestigt sind und peripher durch den erzeugten Druck oder durch die Stirnseiten des Kolbens betätigt werden. Die Kolbenstirnseiten sind konkav gestaltet. Die Stirnseiten der Zylinderwände bilden die Ventilsitze. Die aus den Ventilen 54 bis 57 austretenden Gase treten zunächst in die Auslasskammern 58 bis 61 ein, an die sich die Auslässe 66 bis 69 anschließen. Andere Gestaltungen der Auslassventile, wie sie bespielsweise aus der DE-A-196 34 518 bekannt sind, können realisiert werden.
Insgesamt sind vier Kompressionsstufen vorhanden, jeweils bestehend aus einem Kolbenabschnitt 4 bis 7, einem Schöpfräum 11 bis 14, einem Zylinderabschnitt 16 bis 19, einem Eintrittsventil 41 bis 44 und einem Austrittsventil 54 bis 57.
Bei der Ausführung nach Figur 1 für eine mehrstufige Vakuumpumpe nach der Erfindung ist der Eintritt, der Pumpe mit 71 bezeichnet. Er steht mit den Einlasskammern 49 und 50 in Verbindung. Die beiden zugehörigen Kompressionsstufen sind parallel geschaltet. Sie bilden gemeinsam mit den zugehörigen Bauteilen eine erste, saugseitig gelegene Pumpstufe. Die Auslässe 66, 67 der beiden Auslasskammern 58, 59 sind gemeinsam über die Leitung 72 mit der Einlasskammer 51 verbunden. Sie ge- hört zur Kompressionsstufe mit dem Schöpfräum 13, welche die zweite Pumpstufe bildet. Der Auslass 68 dieser Kompressionsstufe steht über die Leitung 73 mit der Einlasskammer 52 in Verbindung, die Bestandteil der Kompressionsstufe mit dem Kompressionsraum 14 ist und die dritte, druckseitig gelegene Pumpstufe bildet. Der Auslass dieser Pumpstufe ist mit 69 bezeichnet. Er bildet den Austritt 70 der mehrstufigen Pumpe 1.
Um den Nachteil der Lastabhängigkeit der beiden letzten Pumpstufen zu reduzieren, ist die zum Einlassventil 44 gehörende Einlassöffnung 48 in axialer Richtung relativ groß ausgebildet. Die Höhe des Radialschlitzes im Zylinderabschnitt 19 beträgt etwa 20 % des Kolbenhubes, so dass der Kolbenabschnitt 7 auch bei nicht symmetrisch um seine Mittellage schwingenden Kolben 3 , verursacht durch die Druckdifferenz in den Schöpfräumen 13, 14, die Einlassöffnung 48 zumindest zum Teil freigeben kann.
Bei der Lösung nach Figur 2 umfasst die mehrstufige Vakuumpumpe - wie bei der Ausführung nach Figur 1 - ebenfalls vier Kompressionsstufen. Die Einlassöffnung 48 des Einlassventils 44 hat die gleichen Abmessungen wie die Einlassöffnungen der übrigen Einlassventile 41, 42, 43. Der Eintritt der Pumpe ist mit 71 bezeichnet. Er steht mit der Einlasskammer 49 der Kompressionsstufe mit dem Schöpfräum 11 in Verbindung. Die Auslasskammer 58 (Auslass 66) dieser Kompressionsstufen steht über die Leitung 57 mit der Einlasskammer 50 der Kompressionsstufe mit dem Schöpfräum 12 in Verbindung, d. h. , dass die genannten Kompressionsstufen hintereinander geschaltet sind. Der Auslass 67 steht über die Leitung 76 mit beiden Einlasskammern 51, 52 des druckseitigen Kolbens 3 in Verbindung. Die beiden Auslasskammern 60, 61 dieser Kompressionsstufen sind über die Leitung 77 gemeinsam mit dem Austritt 70 der Pumpe 1 verbunden.
Asymmetrische Schwingungen des druckseitigen Kolbens 3 treten bei der Lösung nach Figur 2 nicht auf, da auf beiden Seiten des Kolbens 3 im wesentlichen die gleichen Drücke herrschen. Beim saugseitig gelegenen Kolben 2 mit seinen hintereinander angeordneten Kompressions- stufen ist die Asymmetrie seiner Schwingungen vernachlässigbar, da die Differenz der in den beiden Kompressionsstufen vorhandenen Drücke klein ist.
Bei der Ausführung nach Figur 2 steht der Eintritt 71 der Pumpe 1 über die Leitung 81 mit dem Rückschlagventil 82 mit den Einlasskammern 51 und 52 der beiden druckseitigen, parallel angeordneten Kompressionsstufen in Verbindung. Die Schließrichtung des Rückschlagventils 82 ist so gewählt, dass es während des Normalbetriebs der Pumpe 1 geschlossen ist. Während dieses Betriebs ist der Druck im Eintritt 71 der Pumpe 1 kleiner als der Druck in den Einlasskammern 51, 52 der druckseitigen Pumpstufe.
Beim Beginn der Evakuierung einer Kammer können sich jedoch umgekehrte Druckverhältnisse einstellen, da das Saugvermögen der druckseitigen, aus zwei parallel angeordneten Kompressionsstufen bestehenden Pumpstufe höher ist als die Saugvermögen der vorhergehenden Pumpstufen (hintereinander angeordnete Kompressionsstufen) . In dieser Phase öffnet das Rückschlagventil 82 (zweckmäßig bei einer Druckdifferenz von ca. 100 mbar) und stellt eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Eintritt 71 der Pumpe 1 und ihrer druckseitigen Pumpstufe her. Das höhere Saugvermögen dieser Pumpstufe sorgt für eine rasche Evakuierung der angeschlossenen Kammer bis zum Zeitpunkt der Umkehr der Druckverhältnisse. Das Ventil 82 schließt. Danach arbeitet die Pumpe 1 dreistufig und evakuiert die angeschlossene Kammer auf den gewünschten Enddruck.
Das Rückschlagventil ist nur schematisch dargestellt. Viele Ausführungen, wie sie beispielsweise in der DE 199 17 009 A 1 offenbart sind, sind möglich.
Die Ausführung nach Figur 3 entspricht weitgehend der Ausführung nach Figur 2. Ein Unterschied besteht in Bezug auf den Kolben 3. Der Durchmesser seiner Kolbenabschnitte 6, 7, die Bestandteile der druckseitigen, aus zwei parallel geschalteten Kompressionsstufen bestehenden Pumpstufe sind, ist kleiner als bei der Ausführung nach Figur 2 (um ca. 30 %) . Das Saugvermögen dieser Pumpstufe ist dadurch nicht mehr wesentlich höher als das Saugvermögen der vorhergehenden Pumpstufen.
Um bei einer Ausführung der in Figur 3 dargestellten Art die Anzahl der veränderten Bauteile klein zu halten, sind außer den angepaßten Kolbenabschnitten 6, 7 nur noch Zylinderabschnitte 18, 19 mit entsprechend dickerer Wandstärke vorhanden. Sämtliche übrigen Bauteile (Spulen, Joche, kolben- und statorseitige Permanentmagnete, Ventile o. dgl . ) sind im Vergleich zur An- Ordnung mit dem Kolben 2 unverändert, so dass alle Antriebe die gleiche Größe und die gleichen Eigenschaften habe .
In Figur 3 ist zusätzlich schematisch angedeutet, dass die Pumpe 1 weitere saugseitige Pumpstufen besitzen kann, eine aus zwei parallel geschalteten Kompressionsstufen 84, 85 bestehende Pumpstufe 86 ist dem Eintritt 71 vorgelagert. Bei den Kompressionsstufen 84, 85 kann es sich um gleichartige Kolbenstufen oder auch um Stufen, handeln, die nach einem anderen Pumpprinzip arbeiten. An Stelle der Pumpstufe 86 - oder auch der Pumpstufe 86 vorgelagert - kann auch eine Hochvakuumpumpe (z. B. eine Turbomolekularvakuumpumpe) angeordnet sein. Die vorstehend beschriebenen Einrichtungen können natürlich auch bei den Ausführungen nach den Figuren 1, 2 und 4 eingesetzt werden.
Bei der Ausführung nach Figur 4 sind die Kompressionsstufen des saugseitigen Kolbens 1 parallel geschaltet. Der Eintritt 71 der Pumpe 1 steht mit den beiden Einlasskammern 49, 50 in Verbindung. Die Kompressionsstufen des Kolbens 3 sind hintereinander geschaltet.
Um ein asymmetrisches Schwingen des Kolbens 3 um seine Mittellage zu vermeiden, hat der Kolbenabschnitt 7 der druckseitigen Kompressionsstufe einen kleineren Durchmesser als der Kolbenabschnitt 6. Wie bei der Ausführung nach Figur 3 haben nur der Kolbenabschnitt 7 und der Zylinderabschnitt 19 veränderte Dimensionen.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Mehrstufige Kolbenvakuumpumpe (1) mit Eintritt
(71) Austritt (70), mit mindestens einem Kolbenpaar (2, 3) und mit mehreren, den Stirnseiten der Kolben zugeordneten Kompressionsstufen, die jeweils einen Kolbenabschnitt (4 bis 7), einen Zylinderabschnitt (16 bis 19), einen Schöpfraum (11 bis 14) sowie ein Einlassventil (41 bis 44) und ein Auslassventil (54 bis 57) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die EinlassÖffnung des Einlassventiles als Radialschlitz in der Wand eines Zylinderabschnittes ausgebildet ist und dass seine Höhe 10 bis 20 %, vorzugsweise 20 % des Kolbenhubes beträgt.
2. Mehrstufige Kolbenvakuumpumpe (1) mit Eintritt
(71) Austritt (70) , mit mindestens einem Kolbenpaar (2, 3) und mit mehreren, den Stirnseiten der Kolben zugeordneten Kompressionsstufen, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile der druckseitigen Pumpstufe der mehrstufigen Kolbenvakuumpumpe (1) zwei parallel betriebene Kompressionsstufen sind, die den beiden Stirnseiten der Kolbenabschnitte (6, 7) eines der Kolben (3) zugeordnet sind.
3. Pumpe nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kolbenpaar (2, 3) und vier Kompressionsstufen umfasst, dass die beiden Kompressionsstufen des ersten Kolbens (2) zwei niederdrucksei- tige, in Reihe geschaltete Pumpstufen bilden und dass die beiden Kompressionsstufen des zweiten Kolbens (3) parallel geschaltet sind und eine druckseitige Pumpstufe bilden.
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenabschnitte (6, 7) des druckseitigen Kolbens (3) einen kleineren Durchmesser haben als die Kolbenabschnitte (4, 5) des saugseitigen Kolbens (2) .
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 , 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt (71) der Pumpe (1) mit den Einlasskammern (51, 52) der parallel geschalteten Kompressionsstufen der druckseitigen Pumpstufe über eine Leitung (81) mit einem Rückschlagventil (82) ausgerüstet ist, welches dann öffnet, wenn in den Einlasskammern (51, 52) ein niedrigerer Druck herrscht als im Eintritt (71) .
6. Pumpe nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Druckdifferenz von ca. 100 mbar öffnet.
7. Mehrstufige Kolbenvakuumpumpe (1) mit Eintritt
(71) Austritt (70) , mit mindestens einem Kolbenpaar (2, 3) und mit mehreren, den Stirnseiten der Kolben zugeordneten Kompressionsstufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenabschnitte (6, 7) eines der Kolben (2, 3) Bestandteil von zwei hintereinander geschalteten, druckseitigen Pumpstufen sind und dass der Durchmesser des Kolbenabschnittes (7) der letzten druckseitigen Pumpstufe klei- . ner ist als der Durchmesser des Kolbenabschnittes (6) der vorletzten druckseitigen Pumpstufe.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesserverhältnis so gewählt ist, dass das Produkt aus der Stirnfläche des jeweiligen Kolbenabschnittes (6, 7) mit dem mittleren im zugehörigen Schöpfräum (13, 14) herrschenden Druck auf beiden Seiten etwa gleich ist.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 4, 8 oder 9 mit den Kolben 2, 3 zugeordneten Linearantrieben, gekennzeichnet durch Antriebe gleicher Größe.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Kompressionsstufe mit einem Kolbenabschnitt (6, 7) , der einen im Vergleich mit weiteren Kolbenabschnitten (4, 5, 6) kleineren Durchmesser hat, von einer Kompressionsstufe mit einem Kolbenabschnitt (4, 5, 6) mit größerem Durchmesser nur dadurch unterscheidet, dass die Wandstärke des zugehörigen Zylinderabschnittes (18, 19) größer gewählt ist.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eintritt (71) weitere Pumpstufen (84, 85) vorgelagert sind.
EP02776503A 2001-06-02 2002-05-10 Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe Withdrawn EP1392973A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10127082 2001-06-02
DE2001127082 DE10127082A1 (de) 2001-06-02 2001-06-02 Mehrstufige Kolbenvakuumpumpe und Verfahren zum Betrieb dieser Pumpe
PCT/EP2002/005126 WO2002099280A1 (de) 2001-06-02 2002-05-10 Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1392973A1 true EP1392973A1 (de) 2004-03-03

Family

ID=7687135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02776503A Withdrawn EP1392973A1 (de) 2001-06-02 2002-05-10 Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1392973A1 (de)
JP (1) JP2004527692A (de)
DE (1) DE10127082A1 (de)
WO (1) WO2002099280A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20307327U1 (de) * 2003-05-10 2004-09-23 Leybold Vakuum Gmbh Kolbenvakuumpumpenserie

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854825A (en) * 1987-02-27 1989-08-08 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization Multi-stage vacuum pump
US5482443A (en) * 1992-12-21 1996-01-09 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization Multistage vacuum pump
DE19634519A1 (de) * 1996-08-27 1998-03-05 Leybold Vakuum Gmbh Kolbenvakuumpumpe mit Eintritt und Austritt
DE19709206A1 (de) * 1997-03-06 1998-09-10 Leybold Vakuum Gmbh Vakuumpumpe
DE19749729A1 (de) * 1997-11-11 1999-05-12 Leybold Vakuum Gmbh Kolbenvakuumpumpe
EP1171711B1 (de) * 1999-04-19 2004-10-13 LEYBOLD VACUUM GmbH Schwingkolbenantrieb
WO2000063555A1 (de) * 1999-04-19 2000-10-26 Leybold, Vakuum Gmbh Schwingkolbenantrieb
DE19921711A1 (de) * 1999-05-12 2000-11-16 Leybold Vakuum Gmbh Kolbenvakuumpumpe

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO02099280A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004527692A (ja) 2004-09-09
WO2002099280A1 (de) 2002-12-12
DE10127082A1 (de) 2002-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0626516B1 (de) Schmiermittelfreie Vakuum-Pumpeinrichtung
DE60126346T2 (de) Federstützkonstruktion für hubkolbenverdichter
DE3728154C2 (de) Mehrstufige Molekularpumpe
EP1252445B1 (de) Turbomolekularpumpe
EP2295812B1 (de) Vakuumpumpe
EP3523537B1 (de) Halbhermetischer kältemittelverdichter
EP1434896B1 (de) Mehrkammervakuumanlage, verfahren und vorrichtung zu ihrer evakuierung
DE4331589C2 (de) Vakuumpumpsystem
DE102012003680A1 (de) Vakuumpumpe
EP0363503B1 (de) Pumpenstufe für eine Hochvakuumpumpe
EP2039941B1 (de) Vakuumpumpe
DE102007057945A1 (de) Mehrstufige Membran-Saugpumpe
EP1392973A1 (de) Mehrstufige kolbenvakkumpumpe und verfahren zum betrieb dieser pumpe
EP0541989B1 (de) Mehrstufiges Vakuum-Pumpsystem
DE10009673A1 (de) Spiralkompressor
DE10114585A1 (de) Vakuumpumpe
WO2001079695A1 (de) Schwingkolbenpumpe
EP0922165B1 (de) Vakuumpumpe
WO2000063555A1 (de) Schwingkolbenantrieb
EP0373229B1 (de) Mechanische Vakuumpumpe mit einer federbelasteten Rückschlagklappe
DE102017102645A1 (de) Kältemittel-Scrollverdichter für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe
DE102021110042A1 (de) Hydrauliksystem und Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems
DE102018119747B3 (de) Turbomolekularpumpe für massenspektrometer
WO2003031823A1 (de) Axial fördernde reibungsvakuumpumpe
WO2004106739A1 (de) Vakuum-kolbenpumpe

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20030828

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LEYBOLD VACUUM GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20051201