EP3104014B1 - Side-channel vacuum pump stage with a channel cross-section that features a particular curvature - Google Patents

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EP3104014B1
EP3104014B1 EP16171240.1A EP16171240A EP3104014B1 EP 3104014 B1 EP3104014 B1 EP 3104014B1 EP 16171240 A EP16171240 A EP 16171240A EP 3104014 B1 EP3104014 B1 EP 3104014B1
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EP
European Patent Office
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rotor
side channel
channel
section
duct
Prior art date
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Application number
EP16171240.1A
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German (de)
French (fr)
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EP3104014A1 (en
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Sebastian Oberbeck
Aleksandr Shirinov
Michael Schweighöfer
Tobias Stoll
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Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/16Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008Regenerative pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/403Casings; Connections of working fluid especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/516Surface roughness

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pumping stage.
  • the prior art includes vacuum pump stages of screw pumps, which essentially consist of two parts, namely a stator and a rotor rotating in the stator. There are multiple threads on the outside diameter of the rotor and on the inside diameter of the stator.
  • Side channel pumps that is, pumps that have at least one vacuum pump stage in the form of a side channel pump stage, can be used in a multi-stage design in the high pressure range up to atmospheric pressure. These can be combined well with turbo molecular pumps or other molecular pumps, for example.
  • the rotor parts of both pumps can be accommodated on one shaft, so that both form a structural unit.
  • the side channel pump stages usually have an impeller, that is to say a rotor, which has blades rotating in a channel at its edge.
  • the document JP H05 133388 A discloses a side channel pumping stage downstream of a molecular pump.
  • a further embodiment relates to a vacuum pumping stage with an inlet, an outlet and a channel, which has two side walls and a channel bottom, wherein a rotor with a rotor section is immersed in the channel and a pumping action is achieved by the interaction of the rotor section and the channel, and with an between Inlet and outlet arranged interrupter.
  • Vacuum pumps or vacuum pumping stations composed of vacuum pumps are used to generate such vacuum conditions.
  • vacuum pump stages are used according to different operating principles, which are adapted to different pressure ranges in order to compress gas from the desired ultimate vacuum to the atmosphere.
  • Blades circulate in a channel and convey a vortex-like gas flow between the inlet and outlet.
  • the gas flow follows the blades as it rotates and is sent to a so-called scraper or breaker detached and fed to the outlet.
  • Such side channel pump stages are for example in the DE 10 2009 021 642 A1 and the DE 10 2010 019 940 A1 disclosed.
  • the state of the art ( DE 39 32 288 A1 ) a turbo vacuum pump with a side channel pump stage.
  • This side channel pump stage has an inlet oriented in the radial direction.
  • a bevel of the interrupter provided between the inlet and the outlet is arranged on an inner radius of the side channel of the inlet.
  • This prior art vacuum pump can be further improved in terms of avoiding turbulence in the inflowing gas.
  • a side channel compressor which has an inlet, an outlet and a rotor as well as a channel, wherein the rotor with a rotor section is immersed in the channel and a pumping action is achieved by the interaction of the rotor section and the channel.
  • the rotor with the rotor blades arranged on the rotor is immersed in the channel.
  • a breaker is arranged between the inlet and the outlet. The interrupter encloses the rotor on all sides and, as known from practice, abruptly in the vicinity of the Outlet where the side channel ends as well as near the inlet where the side channel begins.
  • the interrupter is designed in such a way that the rotor blades are increasingly enclosed or released again in a uniformly decreasing manner.
  • the respective rotor blade is thus gradually and continuously enclosed by the interrupter, or is continuously released again. This does not result in an abrupt, but rather a continuous and even stripping of the compressed gas components from the respective rotor blades.
  • This measure is implemented at the beginning as well as at the end of the interrupter, that is to say at the inlet and at the outlet. This suppresses the occurrence of disruptive sound components in the interrupter area and reduces gas accumulation at the pressure connection. This leads to an increase in efficiency.
  • This embodiment belonging to the prior art has the disadvantage that the efficiency has not yet been fully exploited.
  • the technical problem on which the invention is based is to provide an improved vacuum pumping stage for side channel pumps which are used in molecular and viscous pressure ranges can be used to increase the performance of the pump.
  • the object according to the invention is achieved by a vacuum pumping stage having the features according to claim 1.
  • This vacuum pumping stage according to the invention has the advantage that the side channel has a considerable improvement in the technical vacuum data of side channel pumps compared to a rectangular side channel, as is part of the prior art. At the same time, the side channel according to the invention is easy to manufacture.
  • the curvature of the side walls is concave. This training achieves the best vacuum technology values.
  • the channel is advantageously designed to be axially symmetrical to a center plane of the rotor.
  • the rotor blades of the rotors are V-shaped in cross section. This shape of the rotor blades has given the best pumping performance with the curved side walls of the canal.
  • the rotor blades advantageously have a protrusion over a blade base.
  • the rotor with the rotor blades is designed in such a way that a protrusion is provided over a blade base of the rotor blades. This means that the material of the rotor blades is not worn down to the blade base, but that there is a protrusion.
  • This protrusion also has a beneficial effect on the pumping capacity of the vacuum pumping stage.
  • the protrusion over the blade base is designed to taper towards the rotor blade center.
  • the protrusion over the blade base to the rotor blade center is designed to taper when viewed in the axial direction. This means that at the axial edges of the blades the blades have been removed up to the blade base and that the protrusion over the blade base is maximally developed towards the middle.
  • a further advantageous embodiment provides that the rotor blades are arranged completely at their height in the side channel. This also results in an optimized pump performance.
  • the blade base of the rotor blades and a boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft are arranged at the same height in the radial direction. This means that the rotor blades are arranged completely in the side channel and develop their full effect there.
  • the boundary surface arranged radially in the direction of the shaft is the surface of the side channel, which is arranged opposite the channel bottom.
  • a blade base radius and a radius of the boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft have the same size R S 1 .
  • a blade base radius and a radius of the boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft advantageously have the same size R S 1 . This also significantly increases the pumping effect.
  • a further advantageous embodiment of the vacuum pump stage provides that the side channel radius R S 3 and the distance d S 1 increase with increasing speed and increasing peripheral speed of the rotor disks. This also has a positive effect on the pump performance.
  • a blade height of the rotor blades is advantageously 60% to 100% of a rotor disk width. This serves to further improve the pump performance.
  • the optimum blade height is advantageously 60% to 100% of the rotor disk width.
  • the optimal side channel radius depends on the circumferential speed of the rotor disk.
  • the side channel radius is between 80% and 120% of the width of the rotor disk.
  • a width d S 1 of the channel bottom is preferably between 20% and 120% of the width of the rotor disk.
  • the blade spacing of the rotor blades is between 50% and 100% of the rotor disk width.
  • the blade spacing is less than or equal to 55% of the rotor disk width with a side channel area that is less than 2.5 times the blade area.
  • a blade spacing of 50% of the rotor disk width is particularly advantageous in the case of side channels with a side channel area that is not greater than 2.5 times the blade area. These are small side channels.
  • the blade spacing is greater than or equal to 85% of the rotor disk width with a side channel area that is greater than 5 times the blade area. These are large side channels.
  • the optimal number of blades thus decreases with increasing side channels, or the optimal distance between the blades increases.
  • the minimum web width is designed as a function of the manufacturing accuracy and the material strength of the rotor disk. This ensures the stability of the rotor disk.
  • Fig. 1 shows a vacuum pump with a housing 1 and three pump units 14, 16, 18.
  • the housing 1 is provided with a gas inlet opening 2 and a gas outlet opening 4.
  • the pump units consist of rotating and stationary gas-conveying components.
  • the rotating components are mounted one behind the other on a shaft 6 in the axial direction.
  • a drive system 8 and bearing elements 10 and 12 belong to the operation of the shaft 6.
  • the stationary components are firmly connected to the housing 1.
  • a pump unit 14 facing the gas inlet opening is designed as a turbo molecular pump.
  • the pump unit 16 following in the direction of gas flow consists of several sub-units 16a, 16b, 16c. These each have one or more molecular pumping stages according to the Gaede design, hereinafter referred to as Gaede stages.
  • the Gaede stages are connected in parallel within the sub-units.
  • the sub-units themselves are connected in series. This means that connecting elements 34a for the subunit 16a, or 34b for the subunit 16b, connect the inlet sides and on the other side the outlet sides of the Gaede stages so that a parallel gas flow is made possible in the individual subunits.
  • the sub-units are connected by connecting elements 36a, 36b and 36c in such a way that the output side of one sub-unit is connected to the input side of the following sub-unit.
  • the pump unit 18 facing the gas outlet opening is a multi-stage side channel pump educated. In the Fig. 1 The pump shown is only shown as an example.
  • the invention relates to all vacuum pumps in which side channel pump stages are provided.
  • grooves are arranged in the surface of thread grooves and / or that grooves are arranged in the surfaces of stators and / or rotors.
  • Figures 2 to 6 show possible structures that are attached uniformly in a surface 41, for example a thread groove of a side channel or also on a rotor.
  • Fig. 2 Figure 4 shows a structure with grooves 40 that have a rounded bottom.
  • the grooves 40 are formed in an arc shape.
  • Fig. 3 shows a trapezoidal structure with a conically tapered cross-section, while Fig. 4 shows a triangular structure with a conically tapered cross-section.
  • Fig. 5 a rectangular structure is shown.
  • Fig. 6 again shows a triangular structure which has an asymmetrical configuration.
  • the depth of the grooves 40 can vary from 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the groove width or the distance between the individual grooves 40 can vary from 1 ⁇ m to 1 mm.
  • the grooves 40 can be along the direction of flow, transverse to the direction of flow and at an angle to the The direction of flow of the gas can be incorporated into the surface 41.
  • the grooves 40 can also be produced in a surface 41 with a grindstone.
  • the grooves 40 have an irregular structure.
  • the rough surface should have a roughness of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably of 2 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • standing air forms in the grooves 40, so that the gas friction on the surface 41 is reduced. This effect influences the sliding of gas layers. By influencing these so-called boundary layer forces, the gases slide off the surface of the active pumping surfaces. This increases the speed of the circulation flow and the intensity of the energy exchange between the active pumping surfaces of the rotor and stator. This leads to an increase in compression, a reduction in power consumption and an increase in pumping speed.
  • a thread groove 50 of a screw pump is shown.
  • the thread groove 50 which is arranged, for example, in a stator 51, as well as the adjoining surfaces of the thread groove 50 are coated with a coating 52, which reduces friction and improves the sliding properties of the surface compared to an uncoated surface, for example a metal surface, for example aluminum or stainless steel. This measure also reduces the gas friction on the channel surface, which results in the advantages mentioned above.
  • Fig. 9 shows a vacuum pump 100 with a gas inlet 102 and a gas outlet 103 as well as a housing 101.
  • the housing 101 is made up of four housing parts 120, 121, 122, 123 constructed, which accommodate the components of the vacuum pump 100.
  • Gas entering vacuum pump 100 through gas inlet 102 first reaches a molecular stage 105.
  • This has an inner stator 505, which is provided with an inner thread groove 507, and an outer stator 506, which is provided with an outer thread groove 508.
  • a cylinder 502 with a smooth surface, which is connected to the rotor 500, is provided between the inner stator and the outer stator.
  • the molecular stage 105 is thus designed as a Holweck stage.
  • the Holweck stage shown is constructed symmetrically with a second cylinder 502 'surrounded by stator components and therefore works in two stages.
  • the rotor is connected to a shaft 108 which is rotatably supported in roller bearings 110 and 111.
  • roller bearings 110 and 111 passive and active magnetic bearings can also be used.
  • At least one permanent magnet 113 is arranged on the shaft 108, which magnet interacts with a stationary coil 112 and, together with this, forms a drive 107.
  • the roller bearing 110, the drive 107 and the molecular stage 105 are arranged in the housing parts 120, 121.
  • the shaft 108 passes through the housing part 122, which contains a side channel pump stage 104.
  • the side channel pumping stage 104 is formed by a side channel 401 and an impeller 400, with at least one blade 402 being arranged on the impeller 400, which rotates in the side channel as a result of the rotation of the shaft 108 and thus generates the pumping effect.
  • Gas passes through a transfer channel 124 from the molecular stage 105 into the side channel stage 104 and is expelled through a further transfer channel 125.
  • the gas passes through the transfer channel 125 into a fore-vacuum stage 106.
  • This is also designed as a side channel pump stage, the geometry of the blades 602 arranged on the impeller 600 and rotating in the side channel 601 deviating from the geometry of the blades 402. From this pumping stage 106, the gas is expelled from the vacuum pump 100 through the gas outlet 103.
  • Fig. 10 shows a section through the housing part 122 along the line II of FIG Fig. 9 .
  • the impeller 400 sits on the shaft 108. This has an edge 403 on which blades 402 are arranged evenly distributed along the circumference.
  • the side channel 401 surrounds the impeller, the side channel surrounding the blade area of the impeller in a substantially annular manner in the radial direction.
  • the housing is only tightly adjacent to the impeller over part of the circumference.
  • This section forms an interrupter 404, which separates the intake and discharge sides from one another and at which the gas flow that forms in the side channel and follows the rotation of the impeller is detached from the latter and transferred to the transfer channel 125.
  • the side channel 401 has a channel bottom 420 and two side walls 421, 422.
  • the side walls 421, 422 are curved. That is, they have a concave shape.
  • the blades 402 of the impeller or rotor 400 protrude completely into the side channel 401.
  • a radius R S 1 of a blade base 423 is the same size as the radius R S 1 of a boundary surface 424 of the side channel 401 arranged radially in the direction of the shaft.
  • the curved side surfaces 421, 422 significantly improve the pumping performance of the side channel pumping stage.
  • the web between the blades is advantageously designed to be as small as possible (not shown).
  • the vane volume filled with gas should be as large as possible.
  • Improvements in the vacuum-technical data are also achieved through an optimized setting of the side channel radius R S3 (80% to 120% of the rotor disk width) and the distance between two centers of the side channel semicircles d S 1 (20% to 120% of the rotor disk width).
  • the optimal radius R S 3 and distance d S 1 depend on the circumferential speed of the rotor disk and on the blade size.
  • the dimensions R R 1 , R R 3 , d R 1 , blade height h and blade angle ⁇ are given.
  • the dimension R S 1 is given by the lower blade edge of the rotor disk.
  • Fig. 12 a comparison of side channels with rectangular cross-section and side channels with two side walls with semicircular cross-section and V-shaped rotor blades at 800 Hz and 1000 Hz rotational frequency is shown.
  • the curves 716, 717, 718, 719 represent the course of the compression as a function of the pressure.
  • the lower two curves 718, 719 relate to a rotational frequency of 800 Hz.
  • a side channel with semicircular side walls has a higher compression (curve 718) as a prior art channel with a rectangular cross section (curve 719).
  • the two upper curves 716, 717 relate to a rotational frequency of 1000 Hz.
  • the upper curve 716 represents the compression as a function of the pressure for a side channel with side walls which are semicircular in cross section.
  • Compression due to the design of the side channel according to the invention is significantly increased compared to a side channel with a rectangular cross section (curve 717). It can be seen that the side channels with two side walls that are semicircular in cross section have a significantly better compression.
  • Fig. 13 the dependence of the compression factor on the axial gap is shown. As the legend in Fig. 13 As can be seen above, axial gaps between 0.15 mm and 0.4 mm have been recorded. The compression factor k 0 is greater, the smaller the axial gap.
  • rotor disks of a multistage side channel pump with the same blade size have the same speed, but can have different peripheral speeds depending on the rotor disk diameter R R 1. For this reason, rotor disks with different diameters R R 1 and the same blade size should have side channels with different radii R S 3 and spacings d S 1 .
  • the compression factor is given as a function of the outlet pressure p 2 , rotational frequency f and side channel diameter R S 3 .
  • the compression factor is shown as a function of the outlet pressure p 2 , rotational frequency f, distance d S1 .
  • Fig. 16 shows the impeller 400 with the blades 402.
  • the blades 402 are V-shaped.
  • the blade base In the area of a central plane 425 of the impeller 400, the blade base has a protrusion which tapers from the edges 426, 427 of the blade base to the central plane 425.
  • the impeller 400 rotates in the direction of arrow A.
  • Fig. 17 shows the impeller 400 according to FIG Fig. 16 in side view in the direction of arrow B.
  • the impeller 400 carries the V-shaped blades 402.
  • the blades have a blade base 423.
  • a protrusion 428 protrudes above the blade base 423.
  • An optimal blade height is 60% to 100% of the rotor disk width.
  • An optimal side channel radius depends on the circumferential speed of the rotor disk 400 and can be from 80% to 120% of the rotor disk width.
  • the distance d S 1 also depends on the circumferential speed of the rotor disk and can be from 20% to 120% of the rotor disk width.
  • the optimal number of blades or the optimal distance between the blades does not depend on the speed.
  • the optimal distance between the blades is proportional to the blade size and is also dependent on the side channel size. It is from 50% to 100% of the rotor disk width, the optimal distance between the blades is less than or equal to 55% for small side channels (side channel area not greater than 2.5 times the blade area) and is greater than or equal to 85% for large side channels (side channel area not smaller than 5 times the blade area).
  • the optimum number of blades is therefore smaller as the side channels become larger, or the optimum distance between blades increases.
  • the side channel area A SK and the blade area A Sch can be calculated using equations 4 to 7.
  • A. SK R. S. 3 2 ⁇ ⁇ - ⁇ + d S.
  • the web width of the blades should be as small as possible.
  • the minimum web width is limited by the manufacturing accuracy and the material strength of the rotor disk.
  • FIG. 18 the Figures 18 to 20 show further design options for a side channel.
  • the side channel 401 is overall circular.
  • the side channel 401 does not have a flat side channel bottom, but rather a circular cross section overall.
  • the side channel 401 is also circular. However, the radius of the side channel 401 is smaller than in Fig. 18 shown.
  • the side channel 401 has concave side walls 421, 422.
  • the channel bottom 420 is flat.
  • the side channel cross-sectional diameter is advantageously designed to be constant over the entire circumference of the side channel.
  • the side channel cross-sectional diameter decreases from inlet 124 to outlet 125.
  • the inlet 124 and the outlet 125 are arranged diametrically opposite one another.
  • an arrangement in a side channel pumping stage is also possible, as shown in FIG Fig. 10 has been drawn in dashed lines.
  • An inlet 124 ' is drawn here. With this configuration, it is possible for the cross-sectional diameter of the side channel to decrease from the inlet 124 ′ to the outlet 125. This reduction can take place linearly with the circumferential angle. It can also represent another function of the circumferential angle.
  • a side channel surface with a center line 126 of the side channel is shown as a function of the radius and the angle ⁇ .
  • the reduction in the side channel area can, as in Figure 21a shown, done from above. It can also be done from below, as shown in the illustration Figure 21b shown. However, it can also be done from above and from below, as shown in the illustration Figure 21c shown.
  • the side channel diameter can also be reduced from one or both sides along the side channel from inlet 124 ′ to outlet 125. Inlet 124 'is in Fig. 10 shown.
  • Fig. 22 shows a further embodiment of a side channel 401.
  • the side channel 401 has side walls 421, 422 which are formed in the shape of a segment of a circle.
  • the channel bottom 420 is also not shown planar in this exemplary embodiment, but consists of two circular segments with a radius R S 3 .
  • Fig. 23 shows a further embodiment of an embodiment of the side channel 401.
  • the side channel 401 has curved side surfaces 421, 422 and a channel bottom 420 that is not planar.
  • the curved side surfaces 421, 422 do not correspond to any circular sections.
  • a breaker 404 is in Fig. 10 shown.
  • the breaker is in the side channel pumping stage 104 of the Fig. 9 arranged.
  • the figure description of the Fig. 9 and 10 are fully applicable to the present invention.
  • FIG. 10 shows a prior art breaker 404 having an inlet 701 and an outlet 702.
  • the interrupter 404 as well as the inlet 701 and the outlet 702 are part of a stator 700.
  • the upper illustration in FIG Fig. 24 shows a side view of the interrupter 404.
  • the lower illustration shows a top view of the interrupter 404.
  • a rotor 703 is shown in dashed lines in the upper illustration.
  • the rotor 703 rotates at a rotational speed v.
  • the interrupter 404 belonging to the prior art has an area d 1 in which the interrupter 404 completely surrounds the rotor 703.
  • a side channel 704 ends abruptly in the area of the inlet 701 and in the area of the outlet 702. This leads to disruptive sound components and a gas jam at the pressure port 702.
  • FIG. 8 shows the breaker 404 arranged in the stator 700.
  • An inlet 701 and an outlet 702 for the side channel 704 are arranged in the stator 700.
  • a rotor 703 rotates in the stator at a speed v.
  • the interrupter 404 has an area over a length d 1 in which the rotor 703 is completely enclosed by the interrupter 404.
  • the interrupter In an area over a length d 2 , the interrupter has a bevel 705.
  • the side channel 701 widens continuously to its total width outside the area d 2 .
  • Rotor blades 706 are arranged on rotor 703, only shown schematically.
  • the length d 1 of the interrupter is greater than a blade length.
  • the length d 2 of the bevel 705 is also longer than a blade length.
  • the channel 701 may have a shape as shown in FIG Fig. 11 for channel 401 is shown.
  • the rotor 400 is delimited by a sealing surface 707 of the stator. This sealing surface 707 is arranged in the area of the rotor 400 without blades.
  • the interrupter 404 is shown with the bevel 705.
  • the bevel 705 tapers in the direction of the area d 2 of the interrupter 404, in which the interrupter 404 completely surrounds the rotor 703.
  • An angle ⁇ indicates the opening angle of the bevel 705.
  • An angle ⁇ is a complementary angle to the angle ⁇ , that is, the sum of the angles ⁇ and ⁇ together results in 180 °.
  • the angle ⁇ corresponds to a blade angle of the rotor blades 706 of the rotor 703, as in FIG Fig. 26 shown.
  • a rotor blade 706 is shown in section and the angle of attack ⁇ .
  • the blade height is denoted by D.
  • FIG. 3 illustrates a further exemplary embodiment.
  • the interrupter 404 which is formed in the stator 700, has the bevel 705.
  • An additional bevel 706 is provided in the direction of the side channel 704. This additional bevel, which has a length d 3 , achieves an even higher compression and a higher suction capacity.
  • Fig. 28 the compression of a side channel pumping stage is shown.
  • the curves show, on the one hand, the values for a standard interrupter and, on the other hand, for a form of interrupter according to Fig. 25 . It can be seen that the compression is significant in the case of the interrupter shape according to FIG Fig. 25 is increased.
  • Fig. 29 the pumping speed of a side channel pump stage is shown. It can be clearly seen that according to Fig. 25 The interrupter shape used leads to a higher pumping speed than a prior art interrupter shape.
  • Fig. 30 shows the stator disk 700 with a side channel 704 and an outlet 702.
  • the interrupter 404 adjoins the blades of the rotor, which is also not shown here, with a surface 708 while maintaining a narrow gap (not shown).
  • the interrupter has the bevel 705 which widens in the direction of the channel 704.
  • a sealing surface 707 has a lower level than a surface 709 of the stator 700, which results in the edge or surface 708.
  • the bevel 705 represents, on the one hand, a radial opening of the interrupter 404 and also an axial recess in the sealing surface 707.
  • the stator 700 has a bore 710 for a shaft of the rotor (not shown) to pass through.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpstufe.The invention relates to a vacuum pumping stage.

Zum Stand der Technik gehören Vakuumpumpstufen von Gewindepumpen, die im Wesentlichen aus zwei Teilen bestehen, nämlich aus einem Stator und einem in dem Stator rotierenden Rotor. Auf dem Außendurchmesser des Rotors und auf dem Innendurchmesser des Stators sind mehrgängige Gewinde angebracht.The prior art includes vacuum pump stages of screw pumps, which essentially consist of two parts, namely a stator and a rotor rotating in the stator. There are multiple threads on the outside diameter of the rotor and on the inside diameter of the stator.

Seitenkanalpumpen, das heißt, Pumpen, die wenigstens eine Vakuumpumpstufe in Form einer Seitenkanalpumpstufe aufweisen, können in mehrstufiger Bauweise im hohen Druckbereich bis hin zum Atmosphärendruck eingesetzt werden. Diese lassen sich beispielsweise gut mit Turbomolekularpumpen oder auch anderen Molekularpumpen kombinieren. Die Rotorteile beider Pumpen können auf einer Welle untergebracht werden, so dass beide eine Baueinheit bilden. Die Seitenkanalpumpstufen weisen üblicherweise ein Laufrad, das heißt, einen Rotor auf, welcher an seinem Rand in einem Kanal umlaufende Schaufeln aufweist. Das Dokument JP H05 133388 A offenbart eine Seitenkanalpumpstufe stromab einer Molekularpumpe.Side channel pumps, that is, pumps that have at least one vacuum pump stage in the form of a side channel pump stage, can be used in a multi-stage design in the high pressure range up to atmospheric pressure. These can be combined well with turbo molecular pumps or other molecular pumps, for example. The rotor parts of both pumps can be accommodated on one shaft, so that both form a structural unit. The side channel pump stages usually have an impeller, that is to say a rotor, which has blades rotating in a channel at its edge. The document JP H05 133388 A discloses a side channel pumping stage downstream of a molecular pump.

Um eine hinreichend gute Pumpleistung bei den aus der Praxis bekannten Pumpen zu erzielen, sind in der Regel mehrere Stufen und aufwändig gestaltete Laufräder beispielsweise der Seitenkanalpumpstufe notwendig.In order to achieve a sufficiently good pumping capacity with the pumps known from practice, several stages and elaborately designed impellers, for example the side channel pumping stage, are usually necessary.

Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vakuumpumpstufe mit einem Einlass, einem Auslass und einem Kanal, der zwei Seitenwände und einen Kanalboden aufweist, wobei ein Rotor mit einem Rotorabschnitt in den Kanal eintaucht und durch Zusammenwirken von Rotorabschnitt und Kanal eine Pumpwirkung erreicht wird, und mit einem zwischen Einlass und Auslass angeordnetem Unterbrecher.A further embodiment relates to a vacuum pumping stage with an inlet, an outlet and a channel, which has two side walls and a channel bottom, wherein a rotor with a rotor section is immersed in the channel and a pumping action is achieved by the interaction of the rotor section and the channel, and with an between Inlet and outlet arranged interrupter.

Viele industrielle Prozesse laufen unter Vakuumbedingungen im molekularen Strömungsbereich ab. Zur Erzeugung solcher Vakuumbedingungen werden Vakuumpumpen oder aus Vakuumpumpen zusammengesetzte Vakuumpumpstände eingesetzt. In den Vakuumpumpen kommen Vakuumpumpstufen nach unterschiedlichen Wirkprinzipien zum Einsatz, die unterschiedlichen Druckbereichen angepasst sind, um Gas vom gewünschten Endvakuum bis zur Atmosphäre zu verdichten.Many industrial processes take place under vacuum conditions in the molecular flow range. Vacuum pumps or vacuum pumping stations composed of vacuum pumps are used to generate such vacuum conditions. In the vacuum pumps, vacuum pump stages are used according to different operating principles, which are adapted to different pressure ranges in order to compress gas from the desired ultimate vacuum to the atmosphere.

Gegen Atmosphäre verdichtend werden beispielsweise Seitenkanalpumpstufen eingesetzt. In diesen laufen Schaufeln in einem Kanal um und fördern einen wirbelartigen Gasstrom zwischen Ein- und Auslass. Der Gasstrom folgt den Schaufeln beim Umlauf und wird an einem so genannten Abstreifer oder Unterbrecher abgelöst und dem Auslass zugeführt.Side channel pump stages, for example, are used to compress the atmosphere. In these, blades circulate in a channel and convey a vortex-like gas flow between the inlet and outlet. The gas flow follows the blades as it rotates and is sent to a so-called scraper or breaker detached and fed to the outlet.

Um eine hinreichend gute Pumpleistung zu erzielen, sind in der Regel mehrere Stufen und aufwändig gestaltete Laufräder der Seitenkanalpumpstufe notwendig. Der zu betreibende Aufwand wird beispielsweise an der Vielzahl von Schaufeln ersichtlich, die zumindest bei kleinen Stückzahlen aufwändig aus Vollmaterial herausgearbeitet werden müssen.In order to achieve a sufficiently good pumping capacity, several stages and elaborately designed impellers of the side channel pumping stage are usually necessary. The effort to be made can be seen, for example, from the large number of blades, which, at least in the case of small quantities, have to be laboriously worked out of solid material.

Derartige Seitenkanalpumpstufen sind beispielsweise in der DE 10 2009 021 642 A1 und der DE 10 2010 019 940 A1 offenbart.Such side channel pump stages are for example in the DE 10 2009 021 642 A1 and the DE 10 2010 019 940 A1 disclosed.

Diese zum Stand der Technik gehörenden Seitenkanalpumpstufen können noch hinsichtlich ihrer Pumpleistung verbessert werden.These side-channel pump stages, which belong to the prior art, can still be improved with regard to their pumping capacity.

Zum Stand der Technik ( DE 33 17 868 A1 ) gehört eine Reibungspumpe, bei der zumindest bei einem Teil der pumpaktiven Flächen Flächenbereiche mit unterschiedlichen Rauigkeiten vorhanden sind, derart, dass die Rauigkeit der der Förderrichtung abgewandten Flächenbereiche größer ist als die Rauigkeit der der Förderrichtung zugewandten Flächenbereiche.To the state of the art ( DE 33 17 868 A1 ) includes a friction pump in which at least some of the active pumping surfaces have surface areas with different roughness levels such that the roughness of the surface areas facing away from the conveying direction is greater than the roughness of the surface areas facing the conveying direction.

Diese zum Stand der Technik gehörende Reibungspumpe kann hinsichtlich der Pumpwirkung noch weiter verbessert werden.This prior art friction pump can be improved even further with regard to the pumping action.

Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( JP H 01 267390 A ) eine Seitenkanalpumpe, bei der mehrere Seitenkanäle angeordnet sind, die mit pumpaktiven Flächen des Rotors zusammenwirkend ausgestaltet sind. Auch diese zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe kann hinsichtlich der Pumpleistung weiter verbessert werden.Furthermore, the state of the art ( JP H 01 267390 A ) a side channel pump in which several side channels are arranged which are designed to cooperate with active pumping surfaces of the rotor. These too The vacuum pump belonging to the state of the art can be further improved with regard to the pumping capacity.

Darüber hinaus gehört zum Stand der Technik ( DE 39 32 288 A1 ) eine Turbovakuumpumpe mit einer Seitenkanalpumpstufe. Diese Seitenkanalpumpstufe weist einen in radialer Richtung ausgerichteten Einlass auf. An einem Innenradius des Seitenkanales des Einlasses ist eine Abschrägung des zwischen Einlass und Auslass vorgesehenen Unterbrechers angeordnet. Diese zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpe kann hinsichtlich der Vermeidung von Verwirbelungen des einströmenden Gases weiter verbessert werden.In addition, the state of the art ( DE 39 32 288 A1 ) a turbo vacuum pump with a side channel pump stage. This side channel pump stage has an inlet oriented in the radial direction. A bevel of the interrupter provided between the inlet and the outlet is arranged on an inner radius of the side channel of the inlet. This prior art vacuum pump can be further improved in terms of avoiding turbulence in the inflowing gas.

Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( US 2005/0118013 A1 ) eine Seitenkanalpumpe, die ebenfalls einen in radialer Richtung angeordneten Einlass und einen in radialer Richtung angeordneten Auslass aufweist. Auch diese Pumpe kann hinsichtlich der Pumpwirkung weiter verbessert werden.Furthermore, the state of the art ( US 2005/0118013 A1 ) a side channel pump, which also has an inlet arranged in the radial direction and an outlet arranged in the radial direction. This pump can also be further improved with regard to the pumping action.

Zum Stand der Technik ( DE 103 34 950 A1 ) gehört ein Seitenkanalverdichter, der einen Einlass, einen Auslass und einen Rotor aufweist sowie einen Kanal, wobei der Rotor mit einem Rotorabschnitt in den Kanal eintaucht und durch Zusammenwirken von Rotorabschnitt und Kanal eine Pumpwirkung erreicht wird. Üblicherweise taucht der Rotor mit auf dem Rotor angeordneten Rotorschaufeln in den Kanal ein. Zwischen dem Einlass und dem Auslass ist ein Unterbrecher angeordnet. Der Unterbrecher umschließt den Rotor allseitig und, wie aus der Praxis bekannt, abrupt in der Nähe des Auslasses, wo der Seitenkanal endet, wie auch in der Nähe des Einlasses, wo der Seitenkanal anfängt.To the state of the art ( DE 103 34 950 A1 ) includes a side channel compressor which has an inlet, an outlet and a rotor as well as a channel, wherein the rotor with a rotor section is immersed in the channel and a pumping action is achieved by the interaction of the rotor section and the channel. Usually, the rotor with the rotor blades arranged on the rotor is immersed in the channel. A breaker is arranged between the inlet and the outlet. The interrupter encloses the rotor on all sides and, as known from practice, abruptly in the vicinity of the Outlet where the side channel ends as well as near the inlet where the side channel begins.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 103 34 950 A1 ) ist der Unterbrecher derart ausgebildet, dass die Rotorschaufeln gleichmäßig zunehmend umschlossen, beziehungsweise gleichmäßig abnehmend wieder freigegeben werden. Die jeweilige Rotorschaufel wird also von dem Unterbrecher nach und nach und stetig eingeschlossen, beziehungsweise wieder stetig frei gegeben. Es kommt hierbei nicht zu einem abrupten, sondern einem kontinuierlichen und gleichmäßigen Abstreifen der verdichteten Gasanteile von den jeweiligen Rotorschaufeln. Diese Maßnahme wird am Anfang wie auch am Ende des Unterbrechers, das heißt am Einlass und am Auslass realisiert. Hierdurch wird die Entstehung von störenden Schallkomponenten im Unterbrecherbereich unterdrückt und ein Gasstau am Druckstutzen wird reduziert. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades. Diese zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass der Wirkungsgrad noch nicht voll ausgeschöpft ist.According to the state of the art ( DE 103 34 950 A1 ) the interrupter is designed in such a way that the rotor blades are increasingly enclosed or released again in a uniformly decreasing manner. The respective rotor blade is thus gradually and continuously enclosed by the interrupter, or is continuously released again. This does not result in an abrupt, but rather a continuous and even stripping of the compressed gas components from the respective rotor blades. This measure is implemented at the beginning as well as at the end of the interrupter, that is to say at the inlet and at the outlet. This suppresses the occurrence of disruptive sound components in the interrupter area and reduces gas accumulation at the pressure connection. This leads to an increase in efficiency. This embodiment belonging to the prior art has the disadvantage that the efficiency has not yet been fully exploited.

Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( US 4,325,672 ) eine Vakuumpumpstufe mit einem Kanal, in dem ein Rotorabschnitt angeordnet ist, so dass durch Zusammenwirken von Rotorabschnitt und Kanal eine Pumpwirkung erreicht wird, wobei eine Seitenwand des Kanales gekrümmt ausgebildet ist und ein Seitenkanalradius mehr als 130 % der Rotorscheibenbreite beträgt. Diese zum Stand der Technik gehörende Vakuumpumpstufe kann zur Leistungssteigerung der Pumpe weiter verbessert werden.Furthermore, the state of the art ( U.S. 4,325,672 ) a vacuum pumping stage with a channel in which a rotor section is arranged, so that a pumping effect is achieved through the interaction of the rotor section and the channel, a side wall of the channel being curved and a side channel radius being more than 130% of the rotor disk width. This prior art vacuum pump stage can be further improved to increase the performance of the pump.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine verbesserte Vakuumpumpstufe für Seitenkanalpumpen anzugeben, die in molekularen und viskosen Druckbereichen genutzt werden, um eine Leistungssteigerung der Pumpe zu erzielen.The technical problem on which the invention is based is to provide an improved vacuum pumping stage for side channel pumps which are used in molecular and viscous pressure ranges can be used to increase the performance of the pump.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpstufe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.The object according to the invention is achieved by a vacuum pumping stage having the features according to claim 1.

Diese erfindungsgemäße Vakuumpumpstufe weist den Vorteil auf, dass der Seitenkanal eine erhebliche Verbesserung der vakuumtechnischen Daten von Seitenkanalpumpen im Vergleich zu einem rechteckigen Seitenkanal, wie er zum Stand der Technik gehört, aufweist. Gleichzeitig ist der erfindungsgemäße Seitenkanal einfach zu fertigen.This vacuum pumping stage according to the invention has the advantage that the side channel has a considerable improvement in the technical vacuum data of side channel pumps compared to a rectangular side channel, as is part of the prior art. At the same time, the side channel according to the invention is easy to manufacture.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Krümmung der Seitenwände konkav ausgebildet. Durch diese Ausbildung erzielt man die besten vakuumtechnischen Werte.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the curvature of the side walls is concave. This training achieves the best vacuum technology values.

Vorteilhaft ist der Kanal axialsymmetrisch zu einer Mittelebene des Rotors ausgebildet. Mit dieser Ausbildung wird eine gute Pumpleistung der Vakuumpumpstufe erzielt.The channel is advantageously designed to be axially symmetrical to a center plane of the rotor. With this training, a good pumping capacity of the vacuum pumping stage is achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Rotorschaufeln der Rotoren im Querschnitt V-förmig ausgebildet. Diese Gestalt der Rotorschaufeln hat mit den gekrümmten Seitenwänden des Kanales die besten Pumpleistungen ergeben.According to a further advantageous embodiment of the invention, the rotor blades of the rotors are V-shaped in cross section. This shape of the rotor blades has given the best pumping performance with the curved side walls of the canal.

Vorteilhaft weisen die Rotorschaufeln über einem Schaufelgrund einen Überstand auf. Der Rotor mit den Rotorschaufeln ist derart ausgebildet, dass über einem Schaufelgrund der Rotorschaufeln ein Überstand vorgesehen ist. Das bedeutet, dass das Material der Rotorschaufeln nicht bis zum Schaufelgrund abgetragen ist, sondern dass ein Überstand vorhanden ist. Dieser Überstand wirkt sich ebenfalls vorteilhaft auf die Pumpleistung der Vakuumpumpstufe aus.The rotor blades advantageously have a protrusion over a blade base. The rotor with the rotor blades is designed in such a way that a protrusion is provided over a blade base of the rotor blades. This means that the material of the rotor blades is not worn down to the blade base, but that there is a protrusion. This protrusion also has a beneficial effect on the pumping capacity of the vacuum pumping stage.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Überstand über dem Schaufelgrund zur Rotorschaufelmitte sich verjüngend ausgebildet. Der Überstand über dem Schaufelgrund zur Rotorschaufelmitte ist in axialer Richtung gesehen sich verjüngend ausgebildet. Das bedeutet, dass an den axialen Rändern der Schaufeln die Schaufeln bis zum Schaufelgrund abgetragen sind und dass zur Mitte hin der Überstand über dem Schaufelgrund maximal ausgebildet ist.According to a preferred embodiment, the protrusion over the blade base is designed to taper towards the rotor blade center. The protrusion over the blade base to the rotor blade center is designed to taper when viewed in the axial direction. This means that at the axial edges of the blades the blades have been removed up to the blade base and that the protrusion over the blade base is maximally developed towards the middle.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Rotorschaufeln vollständig in ihrer Höhe in dem Seitenkanal angeordnet sind. Auch hierdurch wird eine optimierte Pumpleistung erzielt.A further advantageous embodiment provides that the rotor blades are arranged completely at their height in the side channel. This also results in an optimized pump performance.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform sind der Schaufelgrund der Rotorschaufeln und eine radial in Richtung Welle angeordnete Begrenzungsfläche des Seitenkanales in radialer Richtung in gleicher Höhe angeordnet. Das bedeutet, dass die Rotorschaufeln vollständig in dem Seitenkanal angeordnet sind und dort ihre volle Wirkung entfalten. Die radial in Richtung Welle angeordnete Begrenzungsfläche ist die Fläche des Seitenkanales, die dem Kanalboden gegenüberliegend angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform laufen die Rotorschaufeln in ihrer vollen Höhe im Kanal um.According to a further very advantageous embodiment, the blade base of the rotor blades and a boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft are arranged at the same height in the radial direction. This means that the rotor blades are arranged completely in the side channel and develop their full effect there. The boundary surface arranged radially in the direction of the shaft is the surface of the side channel, which is arranged opposite the channel bottom. With this embodiment, the rotor blades rotate in their full height in the channel.

Mit anderen Worten weisen ein Schaufelgrundradius und ein Radius, der radial in Richtung Welle angeordneten Begrenzungsfläche des Seitenkanales die gleiche Größe R S1 auf.In other words, a blade base radius and a radius of the boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft have the same size R S 1 .

Vorteilhaft weist ein Schaufelgrundradius und ein Radius der radial in Richtung Welle angeordneten Begrenzungsfläche des Seitenkanales die gleiche Größe R S1 auf. Auch hierdurch wird die Pumpwirkung deutlich erhöht.A blade base radius and a radius of the boundary surface of the side channel arranged radially in the direction of the shaft advantageously have the same size R S 1 . This also significantly increases the pumping effect.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen Rotor- und Statorscheibe ein Axialspalt (Δ) vorgesehen und der Axialspalt ist folgendermaßen ausgestaltet:

  • Δ ≤ 0,3 mm für p 2 ≤ 10 mbar
  • Δ ≤ 0,2 mm für 10 mbar < p 2 ≤ 100 mbar
  • Δ ≤ 0,15 mm für p 2 > 100 mbar.
According to a further advantageous embodiment, an axial gap (Δ) is provided between the rotor and stator disks and the axial gap is designed as follows:
  • Δ ≤ 0.3 mm for p 2 ≤ 10 mbar
  • Δ ≤ 0.2 mm for 10 mbar < p 2 ≤ 100 mbar
  • Δ ≤ 0.15 mm for p 2 > 100 mbar.

Diese Werte haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.These values have proven to be particularly advantageous.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vakuumpumpstufe sieht vor, dass mit steigender Drehzahl und steigender Umfangsgeschwindigkeit der Rotorscheiben der Seitenkanalradius R S3 und der Abstand d S1 zunehmend ausgebildet ist. Auch hierdurch wird die Pumpleistung positiv beeinflusst.A further advantageous embodiment of the vacuum pump stage provides that the side channel radius R S 3 and the distance d S 1 increase with increasing speed and increasing peripheral speed of the rotor disks. This also has a positive effect on the pump performance.

Vorteilhaft beträgt eine Schaufelhöhe der Rotorschaufeln 60 % bis 100 % einer Rotorscheibenbreite. Dies dient der weiteren Verbesserung der Pumpleistung.A blade height of the rotor blades is advantageously 60% to 100% of a rotor disk width. This serves to further improve the pump performance.

Die optimale Schaufelhöhe beträgt vorteilhaft 60 % bis 100 % der Rotorscheibenbreite. Darüber hinaus hängt der optimale Seitenkanalradius von der Umfangsgeschwindigkeit der Rotorscheibe ab. Der Seitenkanalradius ist zwischen 80 % bis 120 % der Rotorscheibenbreite ausgebildet.The optimum blade height is advantageously 60% to 100% of the rotor disk width. In addition, the optimal side channel radius depends on the circumferential speed of the rotor disk. The side channel radius is between 80% and 120% of the width of the rotor disk.

Eine Breite d S1 des Kanalbodens liegt vorzugsweise zwischen 20 % und 120 % der Rotorscheibenbreite.A width d S 1 of the channel bottom is preferably between 20% and 120% of the width of the rotor disk.

Darüber hinaus liegt ein Schaufelabstand der Rotorschaufeln zwischen 50 % und 100 % der Rotorscheibenbreite.In addition, the blade spacing of the rotor blades is between 50% and 100% of the rotor disk width.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Schaufelabstand kleiner oder gleich 55 % der Rotorscheibenbreite bei einer Seitenkanalfläche, die kleiner als das 2,5-fache der Schaufelfläche ist. Ein Schaufelabstand von 50 % der Rotorscheibenbreite ist besonders vorteilhaft bei Seitenkanälen mit einer Seitenkanalfläche, die nicht größer als das 2,5-fache der Schaufelfläche ist. Dieses sind kleine Seitenkanäle.According to a further advantageous embodiment, the blade spacing is less than or equal to 55% of the rotor disk width with a side channel area that is less than 2.5 times the blade area. A blade spacing of 50% of the rotor disk width is particularly advantageous in the case of side channels with a side channel area that is not greater than 2.5 times the blade area. These are small side channels.

Vorteilhaft ist der Schaufelabstand von größer oder gleich 85 % der Rotorscheibenbreite bei einer Seitenkanalfläche, die größer als das 5-fache der Schaufelfläche ist. Dieses sind große Seitenkanäle.Advantageously, the blade spacing is greater than or equal to 85% of the rotor disk width with a side channel area that is greater than 5 times the blade area. These are large side channels.

Die optimale Schaufelzahl wird also bei größer werdenden Seitenkanälen geringer, beziehungsweise der optimale Abstand zwischen den Schaufeln wird größer.The optimal number of blades thus decreases with increasing side channels, or the optimal distance between the blades increases.

Die letztgenannten Maßnahmen dienen sämtlich dazu, die Pumpleistung der Pumpe zu verbessern.The latter measures all serve to improve the pumping performance of the pump.

Weiterhin hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die minimale Stegbreite abhängig von der Fertigungsgenauigkeit und der Materialfestigkeit der Rotorscheibe ausgebildet ist. Hierdurch wird die Stabilität der Rotorscheibe gewährleistet.Furthermore, it has been found to be advantageous that the minimum web width is designed as a function of the manufacturing accuracy and the material strength of the rotor disk. This ensures the stability of the rotor disk.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer Vakuumpumpstufe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine Vakuumpumpe mit Seitenkanalpumpstufen;
Fig. 2
eine schematische Darstellung einer bogenförmigen Rillenstruktur im Querschnitt oder Längsschnitt;
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer trapezförmigen Rillenstruktur im Querschnitt oder Längsschnitt;
Fig. 4
eine schematische Darstellung einer dreieckförmigen Rillenstruktur im Querschnitt oder Längsschnitt;
Fig. 5
eine schematische Darstellung einer rechteckförmigen Rillenstruktur im Querschnitt oder Längsschnitt;
Fig. 6
eine schematische Darstellung einer dreieckförmigen Rillenstruktur im Querschnitt oder Längsschnitt;
Fig. 7
einen Querschnitt oder Längsschnitt durch eine unregelmäßige Rillenstruktur;
Fig. 8
eine beschichtete Gewindenut im Querschnitt;
Fig. 9
einen Längsschnitt durch eine Vakuumpumpe mit einer Seitenkanalpumpstufe;
Fig. 10
einen Schnitt quer zur Wellenachse durch die Seitenkanalpumpstufe gemäß Fig. 9 entlang der Linie I-I;
Fig. 11
einen Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Seitenkanal;
Fig. 12
eine Darstellung eines Vergleiches der Kompressionen von rechteckigen und kreisförmigen Seitenkanälen mit V-förmigen Rotorschaufeln bei 800 Hz und 1000 Hz Drehfrequenz;
Fig. 13
eine Darstellung der Abhängigkeit des Kompressionsfaktors vom Axialspalt zwischen Rotor und Statorscheiben bei 217 m/s Rotorumfangsgeschwindigkeit;
Fig. 14a
eine Darstellung des Kompressionsfaktors in Abhängigkeit von Auslassdruck p2, Drehfrequenz f und Seitenkanaldurchmesser RS3 bei 1000 Hz;
Fig. 14b
eine Darstellung des Kompressionsfaktors in Abhängigkeit von Auslassdruck p2, Drehfrequenz f und Seitenkanaldurchmesser RS3 bei 800 Hz;
Fig. 15a
eine Darstellung des Kompressionsfaktors in Abhängigkeit von Auslassdruck p2, Drehfrequenz f und Abstand dS1 bei 1000 Hz;
Fig. 15b
eine Darstellung des Kompressionsfaktors in Abhängigkeit von Auslassdruck p2, Drehfrequenz f und Abstand dS1 bei 800 Hz;
Fig. 16
eine Draufsicht auf eine Rotorscheibe mit V-förmigen Schaufeln;
Fig. 17
eine Seitenansicht der Rotorscheibe gemäß Fig. 16;
Fig. 18
ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Querschnittes eines Seitenkanales;
Fig. 19
ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Querschnittes eines Seitenkanales;
Fig. 20
ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Querschnittes eines Seitenkanales;
Fig. 21a
eine Darstellung der Verringerung der Seitenkanalfläche von oben;
Fig. 21b
eine Darstellung der Verringerung der Seitenkanalfläche von unten;
Fig. 21c
eine Darstellung der Verringerung der Seitenkanalfläche von oben und von unten;
Fig. 22
ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 23
ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 24
einen zum Stand der Technik gehörenden Unterbrecher in Seitenansicht und in Draufsicht (schematisch);
Fig. 25
einen Unterbrecher in Seitenansicht und in Draufsicht (schematisch) ;
Fig. 26
eine Rotorschaufel in Seitenansicht zur Darstellung des Anstellwinkels a;
Fig. 27
ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 28
eine Darstellung einer Kompression einer Seitenkanalstufe mit Standardunterbrecher und mit verbessertem Unterbrecher;
Fig. 29
eine Darstellung des Saugvermögens einer Seitenkanalstufe mit Standardunterbrecher und mit verbessertem Unterbrecher;
Fig. 30
eine Statorscheibe mit Unterbrecher in axialer Draufsicht.
Further features and advantages of the invention emerge from the accompanying drawing, in which several exemplary embodiments of a vacuum pump stage are shown only by way of example. In the drawing show:
Fig. 1
a longitudinal section through a vacuum pump with side channel pump stages;
Fig. 2
a schematic representation of an arcuate groove structure in cross section or longitudinal section;
Fig. 3
a schematic representation of a trapezoidal groove structure in cross section or longitudinal section;
Fig. 4
a schematic representation of a triangular groove structure in cross section or longitudinal section;
Fig. 5
a schematic representation of a rectangular groove structure in cross section or longitudinal section;
Fig. 6
a schematic representation of a triangular groove structure in cross section or longitudinal section;
Fig. 7
a cross-section or longitudinal section through an irregular groove structure;
Fig. 8
a coated thread groove in cross section;
Fig. 9
a longitudinal section through a vacuum pump with a side channel pump stage;
Fig. 10
a section transverse to the shaft axis through the side channel pump stage according to Fig. 9 along line II;
Fig. 11
a partial cross section through a side channel according to the invention;
Fig. 12
a representation of a comparison of the compressions of rectangular and circular side channels with V-shaped rotor blades at 800 Hz and 1000 Hz rotational frequency;
Fig. 13
a representation of the dependence of the compression factor on the axial gap between rotor and stator disks at 217 m / s rotor peripheral speed;
Figure 14a
a representation of the compression factor as a function of outlet pressure p2 , rotational frequency f and side channel diameter RS3 at 1000 Hz;
Figure 14b
a representation of the compression factor as a function of outlet pressure p2 , rotational frequency f and side channel diameter RS3 at 800 Hz;
Figure 15a
a representation of the compression factor as a function of outlet pressure p2 , rotational frequency f and distance dS1 at 1000 Hz;
Figure 15b
a representation of the compression factor as a function of outlet pressure p2 , rotational frequency f and distance dS1 at 800 Hz;
Fig. 16
a top view of a rotor disk with V-shaped blades;
Fig. 17
a side view of the rotor disk according to FIG Fig. 16 ;
Fig. 18
a modified embodiment of a cross section of a side channel;
Fig. 19
a modified embodiment of a cross section of a side channel;
Fig. 20
a modified embodiment of a cross section of a side channel;
Figure 21a
a representation of the reduction in the side channel area from above;
Figure 21b
a representation of the reduction in the side channel area from below;
Figure 21c
a representation of the reduction in the side channel area from above and from below;
Fig. 22
a modified embodiment;
Fig. 23
a modified embodiment;
Fig. 24
a prior art interrupter in side view and in plan view (schematic);
Fig. 25
a breaker in side view and in plan view (schematic);
Fig. 26
a rotor blade in side view to show the angle of attack a;
Fig. 27
a modified embodiment;
Fig. 28
a representation of a compression of a side channel stage with standard breaker and with improved breaker;
Fig. 29
a representation of the pumping speed of a side channel stage with standard interrupter and with improved breaker;
Fig. 30
a stator disk with interrupter in an axial plan view.

Fig. 1 zeigt eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse 1 und drei Pumpeinheiten 14, 16, 18. Das Gehäuse 1 ist mit einer Gaseintrittsöffnung 2 und einer Gasauslassöffnung 4 versehen. Die Pumpeinheiten bestehen aus rotierenden und feststehenden gasfördernden Bauteilen. Die rotierenden Bauteile sind auf einer Welle 6 in axialer Richtung hintereinander angebracht. Zum Betrieb der Welle 6 gehören ein Antriebssystem 8 und Lagerelemente 10 und 12. Die feststehenden Bauteile sind mit dem Gehäuse 1 fest verbunden. Fig. 1 shows a vacuum pump with a housing 1 and three pump units 14, 16, 18. The housing 1 is provided with a gas inlet opening 2 and a gas outlet opening 4. The pump units consist of rotating and stationary gas-conveying components. The rotating components are mounted one behind the other on a shaft 6 in the axial direction. A drive system 8 and bearing elements 10 and 12 belong to the operation of the shaft 6. The stationary components are firmly connected to the housing 1.

Eine der Gaseintrittsöffnung zugewandte Pumpeinheit 14 ist als Turbomolekularpumpe ausgebildet. Die in Richtung Gasströmung folgende Pumpeinheit 16 besteht aus mehreren Untereinheiten 16a, 16b, 16c. Diese weisen jeweils eine oder mehrere Molekularpumpstufen nach der Bauart von Gaede, im Folgenden Gaede-Stufen genannt, auf. Innerhalb der Untereinheiten sind die Gaede-Stufen parallel geschaltet. Die Untereinheiten selbst sind in Reihe geschaltet. Dies bedeutet, dass Verbindungselemente 34a für die Untereinheit 16a, beziehungsweise 34b für die Untereinheit 16b, die Eingangsseiten und auf der anderen Seite die Ausgangsseiten der Gaede-Stufen so zusammenschließen, dass eine parallele Gasführung in den einzelnen Untereinheiten ermöglicht wird. Die Untereinheiten sind durch Verbindungselemente 36a, 36b und 36c so zusammengeschlossen, dass jeweils die Ausgangsseite der einen Untereinheit mit der Eingangsseite der folgenden Untereinheit verbunden ist. Die der Gasauslassöffnung zugewandte Pumpeinheit 18 ist als mehrstufige Seitenkanalpumpe ausgebildet. Die in Fig. 1 gezeigte Pumpe ist lediglich beispielhaft dargestellt.A pump unit 14 facing the gas inlet opening is designed as a turbo molecular pump. The pump unit 16 following in the direction of gas flow consists of several sub-units 16a, 16b, 16c. These each have one or more molecular pumping stages according to the Gaede design, hereinafter referred to as Gaede stages. The Gaede stages are connected in parallel within the sub-units. The sub-units themselves are connected in series. This means that connecting elements 34a for the subunit 16a, or 34b for the subunit 16b, connect the inlet sides and on the other side the outlet sides of the Gaede stages so that a parallel gas flow is made possible in the individual subunits. The sub-units are connected by connecting elements 36a, 36b and 36c in such a way that the output side of one sub-unit is connected to the input side of the following sub-unit. The pump unit 18 facing the gas outlet opening is a multi-stage side channel pump educated. In the Fig. 1 The pump shown is only shown as an example.

Die Erfindung bezieht sich auf sämtliche Vakuumpumpen, in denen Seitenkanalpumpstufen vorgesehen sind.The invention relates to all vacuum pumps in which side channel pump stages are provided.

Gemäß einer Ausführung ist vorgesehen, dass in der Oberfläche von Gewindenuten Rillen angeordnet sind und/oder dass in den Oberflächen von Statoren und/oder Rotoren Rillen angeordnet sind.According to one embodiment it is provided that grooves are arranged in the surface of thread grooves and / or that grooves are arranged in the surfaces of stators and / or rotors.

Diese Rillen können eine Struktur, wie in Fig. 2 dargestellt, aufweisen.These grooves can have a structure as in Fig. 2 shown have.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen mögliche Strukturen, die gleichmäßig in einer Oberfläche 41, beispielsweise einer Gewindenut eines Seitenkanales oder auch auf einem Rotor angebracht sind.the Figures 2 to 6 show possible structures that are attached uniformly in a surface 41, for example a thread groove of a side channel or also on a rotor.

Fig. 2 zeigt eine Struktur mit Rillen 40, die einen abgerundeten Boden aufweisen. Die Rillen 40 sind bogenförmig ausgebildet. Fig. 3 zeigt eine trapezförmige Struktur mit einem sich konisch verjüngenden Querschnitt, während Fig. 4 eine dreieckförmige Struktur mit einem sich konisch verjüngenden Querschnitt zeigt. In Fig. 5 ist eine rechteckförmige Struktur gezeigt. Fig. 6 zeigt wiederum eine dreieckförmige Struktur, die eine asymmetrische Ausgestaltung aufweist. Fig. 2 Figure 4 shows a structure with grooves 40 that have a rounded bottom. The grooves 40 are formed in an arc shape. Fig. 3 shows a trapezoidal structure with a conically tapered cross-section, while Fig. 4 shows a triangular structure with a conically tapered cross-section. In Fig. 5 a rectangular structure is shown. Fig. 6 again shows a triangular structure which has an asymmetrical configuration.

Die Tiefe der Rillen 40 kann von 1 µm bis 100 µm variieren. Die Rillenbreite, beziehungsweise der Abstand zwischen den einzelnen Rillen 40 kann von 1 µm bis 1 mm variieren. Die Rillen 40 können entlang der Strömungsrichtung, quer zu der Strömungsrichtung und unter einem Winkel zu der Strömungsrichtung des Gases in die Oberfläche 41 eingearbeitet werden.The depth of the grooves 40 can vary from 1 µm to 100 µm. The groove width or the distance between the individual grooves 40 can vary from 1 μm to 1 mm. The grooves 40 can be along the direction of flow, transverse to the direction of flow and at an angle to the The direction of flow of the gas can be incorporated into the surface 41.

Wie in Fig. 7 dargestellt, können die Rillen 40 auch mit einem Schleifstein in einer Oberfläche 41 erzeugt werden. Die Rillen 40 weisen in diesem Fall eine unregelmäßige Struktur auf. Die raue Oberfläche soll eine Rauheit von 0,1 µm bis 100 um aufweisen, vorzugsweise von 2 µm bis 100 um. In sämtlichen Profilen, die in den Fig. 2 bis 7 dargestellt sind, bildet sich in den Rillen 40 stehende Luft, so dass sich die Gasreibung an der Oberfläche 41 reduziert. Durch diesen Effekt wird das Abgleiten von Gasschichten beeinflusst. Durch die Beeinflussung dieser so genannten Grenzschichtkräfte wird ein Abgleiten der Gase an der Oberfläche der pumpaktiven Flächen begünstigt. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung und die Intensität des Energieaustausches zwischen den pumpaktiven Flächen von Rotor und Stator erhöht. Dies führt zur Erhöhung der Kompression, Reduzierung der Leistungsaufnahme und Erhöhung des Saugvermögens.As in Fig. 7 shown, the grooves 40 can also be produced in a surface 41 with a grindstone. In this case, the grooves 40 have an irregular structure. The rough surface should have a roughness of 0.1 μm to 100 μm, preferably of 2 μm to 100 μm. In all profiles that are used in the Figures 2 to 7 are shown, standing air forms in the grooves 40, so that the gas friction on the surface 41 is reduced. This effect influences the sliding of gas layers. By influencing these so-called boundary layer forces, the gases slide off the surface of the active pumping surfaces. This increases the speed of the circulation flow and the intensity of the energy exchange between the active pumping surfaces of the rotor and stator. This leads to an increase in compression, a reduction in power consumption and an increase in pumping speed.

Gemäß Fig. 8 ist eine Gewindenut 50 einer Gewindepumpe dargestellt. Die Gewindenut 50, die beispielsweise in einem Stator 51 angeordnet ist, wie auch die angrenzenden Flächen der Gewindenut 50 sind mit einer Beschichtung 52 beschichtet, welche die Reibung verringert und die Gleiteigenschaften der Oberfläche verbessert gegenüber einer unbeschichteten Oberfläche, beispielsweise einer Metalloberfläche, zum Beispiel Aluminium oder Edelstahl. Auch durch diese Maßnahme wird die Gasreibung an der Kanaloberfläche reduziert, wodurch die oben genannten Vorteile auftreten.According to Fig. 8 a thread groove 50 of a screw pump is shown. The thread groove 50, which is arranged, for example, in a stator 51, as well as the adjoining surfaces of the thread groove 50 are coated with a coating 52, which reduces friction and improves the sliding properties of the surface compared to an uncoated surface, for example a metal surface, for example aluminum or stainless steel. This measure also reduces the gas friction on the channel surface, which results in the advantages mentioned above.

Fig. 9 zeigt eine Vakuumpumpe 100 mit einem Gaseinlass 102 und einem Gasauslass 103 sowie einem Gehäuse 101. Das Gehäuse 101 ist aus vier Gehäuseteilen 120, 121, 122, 123 aufgebaut, welche die Komponenten der Vakuumpumpe 100 aufnehmen. Fig. 9 shows a vacuum pump 100 with a gas inlet 102 and a gas outlet 103 as well as a housing 101. The housing 101 is made up of four housing parts 120, 121, 122, 123 constructed, which accommodate the components of the vacuum pump 100.

Durch den Gaseinlass 102 in die Vakuumpumpe 100 eintretendes Gas gelangt zunächst in eine Molekularstufe 105. Diese besitzt einen Innenstator 505, der mit einer inneren Gewindenut 507 versehen ist, und einen Außenstator 506, der mit einer äußeren Gewindenut 508 versehen ist. Zwischen Innenstator und Außenstator ist ein Zylinder 502 mit glatter Oberfläche vorgesehen, der mit dem Rotor 500 verbunden ist. Die Molekularstufe 105 ist somit als Holweckstufe gestaltet. Die in Fig. 9 dargestellte Holweckstufe ist symmetrisch mit einem von Statorbauteilen umgebenden zweiten Zylinder 502' aufgebaut und arbeitet daher zweistufig.Gas entering vacuum pump 100 through gas inlet 102 first reaches a molecular stage 105. This has an inner stator 505, which is provided with an inner thread groove 507, and an outer stator 506, which is provided with an outer thread groove 508. A cylinder 502 with a smooth surface, which is connected to the rotor 500, is provided between the inner stator and the outer stator. The molecular stage 105 is thus designed as a Holweck stage. In the Fig. 9 The Holweck stage shown is constructed symmetrically with a second cylinder 502 'surrounded by stator components and therefore works in two stages.

Der Rotor ist mit einer Welle 108 verbunden, die in Wälzlagern 110 und 111 drehbar gelagert ist. Anstelle der Wälzlager 110, 111 können auch passive und aktive Magnetlager zum Einsatz kommen. An der Welle 108 ist wenigstens ein Permanentmagnet 113 angeordnet, der mit einer stehenden Spule 112 zusammenwirkt und zusammen mit dieser einen Antrieb 107 bildet. Das Wälzlager 110, der Antrieb 107 und die Molekularstufe 105 sind in den Gehäuseteilen 120, 121 angeordnet.The rotor is connected to a shaft 108 which is rotatably supported in roller bearings 110 and 111. Instead of the roller bearings 110, 111, passive and active magnetic bearings can also be used. At least one permanent magnet 113 is arranged on the shaft 108, which magnet interacts with a stationary coil 112 and, together with this, forms a drive 107. The roller bearing 110, the drive 107 and the molecular stage 105 are arranged in the housing parts 120, 121.

Die Welle 108 durchsetzt das Gehäuseteil 122, welches eine Seitenkanalpumpstufe 104 beinhaltet. Die Seitenkanalpumpstufe 104 wird von einem Seitenkanal 401 und einem Laufrad 400 gebildet, wobei am Laufrad 400 wenigstens eine Schaufel 402 angeordnet ist, die in dem Seitenkanal durch die Drehung der Welle 108 umläuft und so die Pumpwirkung erzeugt. Gas gelangt durch einen Übergabekanal 124 aus der Molekularstufe 105 in die Seitenkanalstufe 104 hinein und wird durch einen weiteren Übergabekanal 125 ausgestoßen.The shaft 108 passes through the housing part 122, which contains a side channel pump stage 104. The side channel pumping stage 104 is formed by a side channel 401 and an impeller 400, with at least one blade 402 being arranged on the impeller 400, which rotates in the side channel as a result of the rotation of the shaft 108 and thus generates the pumping effect. Gas passes through a transfer channel 124 from the molecular stage 105 into the side channel stage 104 and is expelled through a further transfer channel 125.

Von der Seitenkanalpumpstufe 104 gelangt das Gas durch den Übergabekanal 125 in eine Vorvakuumstufe 106. Diese ist ebenfalls als Seitenkanalpumpstufe gestaltet, wobei hier die Geometrie der am Laufrad 600 angeordneten und im Seitenkanal 601 umlaufenden Schaufeln 602 von der Geometrie der Schaufeln 402 abweicht. Aus dieser Pumpstufe 106 wird das Gas aus der Vakuumpumpe 100 durch den Gasauslass 103 ausgestoßen.From the side channel pump stage 104 the gas passes through the transfer channel 125 into a fore-vacuum stage 106. This is also designed as a side channel pump stage, the geometry of the blades 602 arranged on the impeller 600 and rotating in the side channel 601 deviating from the geometry of the blades 402. From this pumping stage 106, the gas is expelled from the vacuum pump 100 through the gas outlet 103.

Zwischen den Laufrädern 400 und 600 und den Gehäuseteilen 121, 122 und 123 befinden sich enge Spalte. Diese erlauben ein freies Drehen des betreffenden Laufrades, sind jedoch so eng gestaltet, dass keine störenden Gasströmungen auftreten.There are narrow gaps between the impellers 400 and 600 and the housing parts 121, 122 and 123. These allow the impeller in question to rotate freely, but are designed so tightly that no disruptive gas flows occur.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuseteil 122 entlang der Linie I-I der Fig. 9. Auf der Welle 108 sitzt das Laufrad 400. Dieses besitzt einen Rand 403, an dem entlang des Umfanges gleichmäßig verteilt Schaufeln 402 angeordnet sind. Der Seitenkanal 401 umgibt das Laufrad, wobei der Seitenkanal in radialer Richtung den Schaufelbereich des Laufrades im Wesentlichen ringförmig umgibt. Nur über einen Teil des Umfanges grenzt das Gehäuse dicht an das Laufrad. Dieser Abschnitt bildet einen Unterbrecher 404, der Ansaug- und Ausstoßseite voneinander trennt und an dem der Gasstrom, der sich im Seitenkanal ausbildet und der Drehung des Laufrades folgt, von diesem abgelöst und an den Übergabekanal 125 übergeben wird. Fig. 10 shows a section through the housing part 122 along the line II of FIG Fig. 9 . The impeller 400 sits on the shaft 108. This has an edge 403 on which blades 402 are arranged evenly distributed along the circumference. The side channel 401 surrounds the impeller, the side channel surrounding the blade area of the impeller in a substantially annular manner in the radial direction. The housing is only tightly adjacent to the impeller over part of the circumference. This section forms an interrupter 404, which separates the intake and discharge sides from one another and at which the gas flow that forms in the side channel and follows the rotation of the impeller is detached from the latter and transferred to the transfer channel 125.

Wie in Fig. 11 dargestellt, weist der Seitenkanal 401 einen Kanalboden 420 und zwei Seitenwände 421, 422 auf. Die Seitenwände 421, 422 sind gekrümmt ausgebildet. Das heißt, sie weisen eine konkave Form auf. Die Schaufeln 402 des Laufrades oder Rotors 400 ragen vollständig in den Seitenkanal 401. Ein Radius R S1 eines Schaufelgrundes 423 ist gleich groß wie der Radius R S1 einer radial in Richtung der Welle angeordneten Begrenzungsfläche 424 des Seitenkanales 401.As in Fig. 11 As shown, the side channel 401 has a channel bottom 420 and two side walls 421, 422. The side walls 421, 422 are curved. That is, they have a concave shape. The blades 402 of the impeller or rotor 400 protrude completely into the side channel 401. A radius R S 1 of a blade base 423 is the same size as the radius R S 1 of a boundary surface 424 of the side channel 401 arranged radially in the direction of the shaft.

Das bedeutet, dass die Schaufeln 402 vollständig in den Seitenkanal 401 eintauchen.This means that the blades 402 are completely immersed in the side channel 401.

Durch die gekrümmt ausgebildeten Seitenflächen 421, 422 wird die Pumpleistung der Seitenkanalpumpstufe deutlich verbessert. Vorteilhaft ist der Steg zwischen den Schaufeln möglichst gering ausgebildet (nicht dargestellt). Das mit Gas gefüllte Schaufelvolumen soll möglichst groß sein.The curved side surfaces 421, 422 significantly improve the pumping performance of the side channel pumping stage. The web between the blades is advantageously designed to be as small as possible (not shown). The vane volume filled with gas should be as large as possible.

Durch diese Maßnahmen werden die vakuumtechnischen Eigenschaften der Pumpe erheblich verbessert.These measures significantly improve the vacuum properties of the pump.

Verbesserungen der vakuumtechnischen Daten werden auch durch eine optimierte Einstellung des Seitenkanalradius RS3 (80 % bis 120 % der Rotorscheibenbreite) und dem Abstand zwischen zwei Zentren der Seitenkanalhalbkreise d S1 (20 % bis 120 % der Rotorscheibenbreite) erreicht. Der optimale Radius R S3 und Abstand d S1 hängen von der Umfangsgeschwindigkeit der Rotorscheibe und von der Schaufelgröße ab. Die Maße R R1 , R R3 , d R1 , Schaufelhöhe h und Schaufelwinkel α sind vorgegeben. Das Maß R S2 kann mit folgenden drei Gleichungen berechnet werden: R S 2 = R S 1 + R S 3 2 1 4 d S 2 d S 1 2

Figure imgb0001
d S 2 = d R 1 + 2 Δ
Figure imgb0002
R S 1 = R R 1 h
Figure imgb0003
Improvements in the vacuum-technical data are also achieved through an optimized setting of the side channel radius R S3 (80% to 120% of the rotor disk width) and the distance between two centers of the side channel semicircles d S 1 (20% to 120% of the rotor disk width). The optimal radius R S 3 and distance d S 1 depend on the circumferential speed of the rotor disk and on the blade size. The dimensions R R 1 , R R 3 , d R 1 , blade height h and blade angle α are given. The dimension R S 2 can be calculated using the following three equations: R. S. 2 = R. S. 1 + R. S. 3 2 - 1 4th d S. 2 - d S. 1 2
Figure imgb0001
d S. 2 = d R. 1 + 2 Δ
Figure imgb0002
R. S. 1 = R. R. 1 - H
Figure imgb0003

Das Maß R S1 ist durch den unteren Schaufelrand der Rotorscheibe vorgegeben.The dimension R S 1 is given by the lower blade edge of the rotor disk.

Δ bezeichnet den Axialspalt zwischen Rotor und Statorscheibe. Der Axialspalt Δ kann vorzugsweise von 0,01 mm bis 0,5 mm betragen. Kleine Axialspalte sind an der Ausstoßseite und große Axialspalte an der Ansaugseite sinnvoll. Wenn auf der Axialfläche zwischen Rotor und Statorscheiben eine Labyrinthdichtung verwendet wird, kann der Axialspalt mehr als 0,5 mm betragen. Die Richtwerte für die Axialspalte können folgendermaßen gewählt sein:

  • Δ ≤ 0,3 mm für p 2 ≤ 10 mbar
  • Δ ≤ 0,2 mm für 10 mbar < p 2 ≤ 100 mbar
  • Δ ≤ 0,15 mm für p 2 > 100 mbar
Δ denotes the axial gap between rotor and stator disk. The axial gap Δ can preferably be from 0.01 mm to 0.5 mm. Small axial gaps are useful on the discharge side and large axial gaps on the suction side. If a labyrinth seal is used on the axial surface between the rotor and stator disks, the axial gap can be more than 0.5 mm. The guide values for the axial gap can be selected as follows:
  • Δ ≤ 0.3 mm for p 2 ≤ 10 mbar
  • Δ ≤ 0.2 mm for 10 mbar < p 2 ≤ 100 mbar
  • Δ ≤ 0.15 mm for p 2 > 100 mbar

In Fig. 12 ist ein Vergleich von im Querschnitt rechteckigen Seitenkanälen und von Seitenkanälen mit zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Seitenwänden mit V-förmigen Rotorschaufeln bei 800 Hz und 1000 Hz Drehfrequenz im Vergleich dargestellt. Die Kurven 716, 717, 718, 719 stellen den Verlauf der Kompression in Abhängigkeit von dem Druck dar. Die unteren beiden Kurven 718, 719 beziehen sich auf eine Drehfrequenz von 800 Hz. Ein Seitenkanal mit halbkreisförmigen Seitenwänden weist eine höhere Kompression (Kurve 718) auf als ein zum Stand der Technik gehörender im Querschnitt rechteckiger Kanal (Kurve 719). Die beiden oberen Kurven 716, 717 beziehen sich auf eine Drehfrequenz von 1000 Hz. Die obere Kurve 716 stellt die Kompression in Abhängigkeit vom Druck dar für einen Seitenkanal mit im Querschnitt halbkreisförmigen Seitenwänden. Auch hier ist die Kompression durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanales deutlich erhöht gegenüber einem Seitenkanal mit rechteckigem Querschnitt (Kurve 717). Es ist zu erkennen, dass die Seitenkanäle mit zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Seitenwänden eine deutlich bessere Kompression aufweisen.In Fig. 12 a comparison of side channels with rectangular cross-section and side channels with two side walls with semicircular cross-section and V-shaped rotor blades at 800 Hz and 1000 Hz rotational frequency is shown. The curves 716, 717, 718, 719 represent the course of the compression as a function of the pressure. The lower two curves 718, 719 relate to a rotational frequency of 800 Hz. A side channel with semicircular side walls has a higher compression (curve 718) as a prior art channel with a rectangular cross section (curve 719). The two upper curves 716, 717 relate to a rotational frequency of 1000 Hz. The upper curve 716 represents the compression as a function of the pressure for a side channel with side walls which are semicircular in cross section. Here too is that Compression due to the design of the side channel according to the invention is significantly increased compared to a side channel with a rectangular cross section (curve 717). It can be seen that the side channels with two side walls that are semicircular in cross section have a significantly better compression.

In Fig. 13 ist die Abhängigkeit des Kompressionsfaktors vom Axialspalt dargestellt. Wie der Legende in Fig. 13 oben zu entnehmen ist, sind Axialspalte zwischen 0,15 mm und 0,4 mm erfasst worden. Der Kompressionsfaktor k0 ist umso größer, je geringer der Axialspalt ist.In Fig. 13 the dependence of the compression factor on the axial gap is shown. As the legend in Fig. 13 As can be seen above, axial gaps between 0.15 mm and 0.4 mm have been recorded. The compression factor k 0 is greater, the smaller the axial gap.

Unterschiedliche Rotorscheiben einer mehrstufigen Seitenkanalpumpe mit gleicher Schaufelgröße haben gleiche Drehzahl, können aber abhängig vom Rotorscheibendurchmesser R R1 unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten haben. Aus diesem Grund sollen Rotorscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern R R1 und gleicher Schaufelgröße Seitenkanäle mit unterschiedlichen Radien R S3 und Abständen d S1 haben.Different rotor disks of a multistage side channel pump with the same blade size have the same speed, but can have different peripheral speeds depending on the rotor disk diameter R R 1. For this reason, rotor disks with different diameters R R 1 and the same blade size should have side channels with different radii R S 3 and spacings d S 1 .

Messungen haben gezeigt, dass mit steigender Drehzahl und demzufolge steigender Umfangsgeschwindigkeit von Rotorscheiben der optimale Seitenkanalradius R S3 und der Abstand d S1 zunehmen. Als optimal wird die Seitenkanalgröße mit dem besten Kompressionsfaktor bezeichnet. Das Saugvermögen und die Leistungsaufnahme steigen proportional zur Seitenkanalfläche. Measurements have shown that the optimum side channel radius R S 3 and the distance d S 1 increase with increasing rotational speed and consequently increasing peripheral speed of rotor disks. The side channel size with the best compression factor is referred to as optimal. The pumping speed and the power consumption increase proportionally to the side channel area.

In den Fig. 14a und 14b ist der Kompressionsfaktor in Abhängigkeit vom Auslassdruck p 2 , Drehfrequenz f und Seitenkanaldurchmesser R S3 angegeben. Der in den Fig. 14a und 14b dargestellte Kompressionsfaktor ist für folgendes Beispiel angegeben:
Für eine Rotorscheibe mit einem Radius R R1 = 69 mm, Breite d R1 = 5 mm und Schaufelhöhe R R1 - R S1 = 4 mm beträgt der optimale Seitenkanalradius bei einer Drehzahl f = 800 Hz und einer Umfangsgeschwindigkeit V = 173 m/sec gleich R S3 optimal = 5 mm. Für eine Drehzahl f = 1000 Hz und eine Umfangsgeschwindigkeit V = 217 m/sec beträgt der optimale Seitenkanalradius R S3 optimal = 5,3 mm. Mit steigender Drehzahl f und Umfangsgeschwindigkeit V wird der optimale Seitenkanalradius weiter zunehmen, beziehungsweise mit fallender Drehfrequenz und Umfangsgeschwindigkeit abnehmen.
In the Figure 14a and 14b the compression factor is given as a function of the outlet pressure p 2 , rotational frequency f and side channel diameter R S 3 . The one in the Figure 14a and 14b The compression factor shown is given for the following example:
For a rotor disk with a radius R R 1 = 69 mm, width d R1 = 5 mm and blade height R R 1 - R S 1 = 4 mm, the optimal side channel radius at a speed of f = 800 Hz and a circumferential speed of V = 173 m / sec equals R S 3 optimal = 5 mm. For a speed f = 1000 Hz and a circumferential speed V = 217 m / sec, the optimal side channel radius R S 3 is optimal = 5.3 mm. With increasing speed f and peripheral speed V, the optimal side channel radius will continue to increase, or decrease with decreasing rotational frequency and peripheral speed.

In den Fig. 15a und 15b ist der Kompressionsfaktor in Abhängigkeit vom Auslassdruck p 2 , Drehfrequenz f, Abstand d S1 dargestellt.In the Figure 15a and 15b the compression factor is shown as a function of the outlet pressure p 2 , rotational frequency f, distance d S1 .

Der optimale Abstand d S1 beträgt bei einer Drehzahl von f = 800 Hz je nach Druckbereich entweder d S1 = 1,2 mm oder d S1 = 3,6 mm. Wenn die Drehzahl f bis auf 1000 Hz ansteigt, wird der optimale Abstand je nach Druckbereich entweder d S1 = 3,6 mm oder d S1 = 4,8 mm. Es ist eine Tendenz zur Steigerung des optimalen Abstandes d S1 mit steigender Drehzahl f zu erkennen.The optimal distance d S1 at a speed of f = 800 Hz is either d S 1 = 1.2 mm or d S 1 = 3.6 mm, depending on the pressure range. If the speed f increases up to 1000 Hz, the optimal distance is either d S 1 = 3.6 mm or d S 1 = 4.8 mm, depending on the pressure range. There is a tendency to increase the optimal distance d S 1 with increasing speed f.

Die oben genannten Abhängigkeiten gelten nur für Rotorscheiben mit V-förmigen Schaufeln, wie sie in Fig. 16 dargestellt sind. Fig. 16 zeigt das Laufrad 400 mit den Schaufeln 402. Die Schaufeln 402 sind V-förmig ausgebildet. Der Schaufelgrund weist im Bereich einer Mittelebene 425 des Laufrades 400 einen Überstand auf, der sich von Rändern 426, 427 des Schaufelgrundes zur Mittelebene 425 verjüngend erhebt. Das Laufrad 400 dreht sich in Richtung des Pfeiles A.The above dependencies only apply to rotor disks with V-shaped blades, as shown in Fig. 16 are shown. Fig. 16 shows the impeller 400 with the blades 402. The blades 402 are V-shaped. In the area of a central plane 425 of the impeller 400, the blade base has a protrusion which tapers from the edges 426, 427 of the blade base to the central plane 425. The impeller 400 rotates in the direction of arrow A.

Fig. 17 zeigt das Laufrad 400 gemäß Fig. 16 in Seitenansicht in Richtung des Pfeiles B. Das Laufrad 400 trägt die V-förmig ausgebildeten Schaufeln 402. Die Schaufeln weisen einen Schaufelgrund 423 auf. Über dem Schaufelgrund 423 steht ein Überstand 428 über. Fig. 17 shows the impeller 400 according to FIG Fig. 16 in side view in the direction of arrow B. The impeller 400 carries the V-shaped blades 402. The blades have a blade base 423. A protrusion 428 protrudes above the blade base 423.

Im Allgemeinen sollen bei der Auslegung von Seitenkanalpumpen folgende Konstruktionsrichtlinien eingehalten werden. Eine optimale Schaufelhöhe beträgt 60 % bis 100 % der Rotorscheibenbreite. Ein optimaler Seitenkanalradius hängt von der Umfangsgeschwindigkeit der Rotorscheibe 400 ab und kann von 80 % bis 120 % der Rotorscheibenbreite betragen. Der Abstand d S1 hängt auch von der Umfangsgeschwindigkeit der Rotorscheibe ab und kann von 20 % bis 120 % der Rotorscheibenbreite betragen.In general, the following design guidelines should be observed when designing side channel pumps. An optimal blade height is 60% to 100% of the rotor disk width. An optimal side channel radius depends on the circumferential speed of the rotor disk 400 and can be from 80% to 120% of the rotor disk width. The distance d S 1 also depends on the circumferential speed of the rotor disk and can be from 20% to 120% of the rotor disk width.

Die optimale Schaufelzahl oder der optimale Abstand zwischen den Schaufeln hängt nicht von der Drehzahl ab. Der optimale Abstand zwischen den Schaufeln ist proportional zur Schaufelgröße und ist auch von der Seitenkanalgröße abhängig. Er beträgt von 5o % bis 100 % der Rotorscheibenbreite, der optimale Abstand zwischen den Schaufeln ist kleiner gleich 55 % für kleine Seitenkanäle (Seitenkanalfläche nicht größer als das 2,5-fache der Schaufelfläche) und ist größer gleich 85 % für große Seitenkanäle (Seitenkanalfläche nicht kleiner als das 5-fache der Schaufelfläche). Die optimale Schaufelzahl wird also bei größer werdenden Seitenkanälen geringer, beziehungsweise der optimale Abstand zwischen Schaufeln wird größer. Die Seitenkanalfläche ASK und die Schaufelfläche ASch können mit den Gleichungen 4 bis 7 berechnet werden. A SK = R S 3 2 π α + d S 1 R S 3 + C + C 1 2 d S 2 d S 1

Figure imgb0004
α = arcsin d S 2 d S 1 2 R S 3
Figure imgb0005
C = R S 3 2 d S 2 d S 1 2 2
Figure imgb0006
A Sch = d R 1 R R 1 R S 1
Figure imgb0007
The optimal number of blades or the optimal distance between the blades does not depend on the speed. The optimal distance between the blades is proportional to the blade size and is also dependent on the side channel size. It is from 50% to 100% of the rotor disk width, the optimal distance between the blades is less than or equal to 55% for small side channels (side channel area not greater than 2.5 times the blade area) and is greater than or equal to 85% for large side channels (side channel area not smaller than 5 times the blade area). The optimum number of blades is therefore smaller as the side channels become larger, or the optimum distance between blades increases. The side channel area A SK and the blade area A Sch can be calculated using equations 4 to 7. A. SK = R. S. 3 2 π - α + d S. 1 R. S. 3 + C. + C. 1 2 d S. 2 - d S. 1
Figure imgb0004
α = arcsin d S. 2 - d S. 1 2 R. S. 3
Figure imgb0005
C. = R. S. 3 2 - d S. 2 - d S. 1 2 2
Figure imgb0006
A. NS = d R. 1 R. R. 1 - R. S. 1
Figure imgb0007

Die Stegbreite der Schaufeln soll möglichst klein sein. Die minimale Stegbreite ist durch die Fertigungsgenauigkeit und durch die Materialfestigkeit der Rotorscheibe beschränkt.The web width of the blades should be as small as possible. The minimum web width is limited by the manufacturing accuracy and the material strength of the rotor disk.

Die Fig. 18 bis 20 zeigen weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Seitenkanales. In Fig. 18 ist der Seitenkanal 401 insgesamt kreisförmig ausgebildet. Der Seitenkanal 401 weist keinen planen Seitenkanalboden, sondern insgesamt einen kreisförmigen Querschnitt auf.the Figures 18 to 20 show further design options for a side channel. In Fig. 18 the side channel 401 is overall circular. The side channel 401 does not have a flat side channel bottom, but rather a circular cross section overall.

Gemäß Fig. 19 ist der Seitenkanal 401 ebenfalls kreisförmig ausgebildet. Der Radius des Seitenkanales 401 ist jedoch kleiner als in Fig. 18 dargestellt.According to Fig. 19 the side channel 401 is also circular. However, the radius of the side channel 401 is smaller than in Fig. 18 shown.

Gemäß Fig. 20 weist der Seitenkanal 401 konkave Seitenwände 421, 422 auf. Der Kanalboden 420 ist plan ausgebildet.According to Fig. 20 the side channel 401 has concave side walls 421, 422. The channel bottom 420 is flat.

Bei den Ausführungsformen der Seitenkanäle der Fig. 18 bis 20 ist der Seitenkanalquerschnittsdurchmesser vorteilhaft konstant über den gesamten Umfang des Seitenkanales ausgebildet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Seitenkanalquerschnittsdurchmesser sich von einem Einlass 124 zu einem Auslass 125 verringert. Gemäß Fig. 9 sind der Einlass 124 und der Auslass 125 diametral gegenüberliegend angeordnet. Es ist jedoch auch eine Anordnung in einer Seitenkanalpumpstufe möglich, wie sie in Fig. 10 gestrichelt eingezeichnet worden ist. Hier ist ein Einlass 124' gezeichnet. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass sich der Seitenkanalquerschnittsdurchmesser vom Einlass 124' bis zum Auslass 125 verringert. Diese Verringerung kann linear mit dem Umfangswinkel stattfinden. Sie kann auch eine andere Funktion des Umfangswinkels darstellen.In the embodiments of the side channels Figures 18 to 20 the side channel cross-sectional diameter is advantageously designed to be constant over the entire circumference of the side channel. There is also the possibility that the side channel cross-sectional diameter decreases from inlet 124 to outlet 125. According to Fig. 9 the inlet 124 and the outlet 125 are arranged diametrically opposite one another. However, an arrangement in a side channel pumping stage is also possible, as shown in FIG Fig. 10 has been drawn in dashed lines. An inlet 124 'is drawn here. With this configuration, it is possible for the cross-sectional diameter of the side channel to decrease from the inlet 124 ′ to the outlet 125. This reduction can take place linearly with the circumferential angle. It can also represent another function of the circumferential angle.

In den Fig. 21a bis 21c ist eine Seitenkanalfläche mit einer Mittellinie 126 des Seitenkanales dargestellt in Abhängigkeit vom Radius und von dem Winkel ϕ .In the Figures 21a to 21c a side channel surface with a center line 126 of the side channel is shown as a function of the radius and the angle ϕ .

Die Verringerung der Seitenkanalfläche kann, wie in Fig. 21a dargestellt, von oben erfolgen. Sie kann auch von unten erfolgen, wie in der Darstellung Fig. 21b gezeigt. Sie kann jedoch auch von oben und von unten erfolgen, wie in der Darstellung Fig. 21c dargestellt. Der Seitenkanaldurchmesser kann auch von einer oder von beiden Seiten entlang des Seitenkanales vom Einlass 124' zum Auslass 125 reduziert werden. Der Einlass 124' ist in Fig. 10 dargestellt.The reduction in the side channel area can, as in Figure 21a shown, done from above. It can also be done from below, as shown in the illustration Figure 21b shown. However, it can also be done from above and from below, as shown in the illustration Figure 21c shown. The side channel diameter can also be reduced from one or both sides along the side channel from inlet 124 ′ to outlet 125. Inlet 124 'is in Fig. 10 shown.

Fig. 22 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Seitenkanales 401. Der Seitenkanal 401 weist Seitenwände 421, 422 auf, die kreisabschnittsförmig ausgebildet sind. Der Kanalboden 420 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls nicht plan dargestellt, sondern besteht aus zwei Kreisabschnitten mit einem Radius R S3 . Fig. 22 shows a further embodiment of a side channel 401. The side channel 401 has side walls 421, 422 which are formed in the shape of a segment of a circle. The channel bottom 420 is also not shown planar in this exemplary embodiment, but consists of two circular segments with a radius R S 3 .

Fig. 23 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausgestaltungsform des Seitenkanales 401. Der Seitenkanal 401 weist gekrümmte Seitenflächen 421, 422 sowie einen nicht plan ausgebildeten Kanalboden 420 auf. Die gekrümmten Seitenflächen 421, 422 entsprechen in diesem Fall keinen kreisförmigen Abschnitten. Fig. 23 shows a further embodiment of an embodiment of the side channel 401. The side channel 401 has curved side surfaces 421, 422 and a channel bottom 420 that is not planar. In this case, the curved side surfaces 421, 422 do not correspond to any circular sections.

Ein Unterbrecher 404 ist in Fig. 10 dargestellt. Der Unterbrecher ist in der Seitenkanalpumpstufe 104 der Fig. 9 angeordnet. Die Figurenbeschreibung der Fig. 9 und 10 sind auf die vorliegende Erfindung voll übertragbar.A breaker 404 is in Fig. 10 shown. The breaker is in the side channel pumping stage 104 of the Fig. 9 arranged. The figure description of the Fig. 9 and 10 are fully applicable to the present invention.

Fig. 24 zeigt einen zum Stand der Technik gehörenden Unterbrecher 404, der einen Einlass 701 und einen Auslass 702 aufweist. Der Unterbrecher 404 sowie der Einlass 701 und der Auslass 702 sind Teil eines Stators 700. Die obere Darstellung in Fig. 24 zeigt einen Seitenblick auf den Unterbrecher 404. Die untere Darstellung zeigt einen Draufblick auf den Unterbrecher 404. Ein Rotor 703 ist in der oberen Darstellung gestrichelt dargestellt. Der Rotor 703 dreht sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit v. Wie in Fig. 24 zu erkennen ist, weist der zum Stand der Technik gehörende Unterbrecher 404 einen Bereich d 1 auf, in dem der Unterbrecher 404 den Rotor 703 vollständig umschließt. Im Bereich des Einlasses 701 und im Bereich des Auslasses 702 endet ein Seitenkanal 704 abrupt. Es kommt hier zu störenden Schallkomponenten sowie zu einem Gasstau am Druckstutzen 702. Fig. 24 FIG. 10 shows a prior art breaker 404 having an inlet 701 and an outlet 702. The interrupter 404 as well as the inlet 701 and the outlet 702 are part of a stator 700. The upper illustration in FIG Fig. 24 shows a side view of the interrupter 404. The lower illustration shows a top view of the interrupter 404. A rotor 703 is shown in dashed lines in the upper illustration. The rotor 703 rotates at a rotational speed v. As in Fig. 24 As can be seen, the interrupter 404 belonging to the prior art has an area d 1 in which the interrupter 404 completely surrounds the rotor 703. A side channel 704 ends abruptly in the area of the inlet 701 and in the area of the outlet 702. This leads to disruptive sound components and a gas jam at the pressure port 702.

Fig. 25 zeigt den Unterbrecher 404, der in dem Stator 700 angeordnet ist. In dem Stator 700 ist für den Seitenkanal 704 ein Einlass 701 und ein Auslass 702 angeordnet. In dem Stator rotiert ein Rotor 703 mit einer Geschwindigkeit v. Fig. 25 FIG. 8 shows the breaker 404 arranged in the stator 700. An inlet 701 and an outlet 702 for the side channel 704 are arranged in the stator 700. A rotor 703 rotates in the stator at a speed v.

Wie der Fig. 25 im oberen Teil zu entnehmen ist, weist der Unterbrecher 404 über eine Länge d 1 einen Bereich auf, in dem der Rotor 703 vollständig von dem Unterbrecher 404 umschlossen ist. In einem Bereich über eine Länge d 2 weist der Unterbrecher eine Abschrägung 705 auf. Im Bereich dieser Abschrägung 705 erweitert sich der Seitenkanal 701 kontinuierlich zu seiner Gesamtbreite außerhalb des Bereiches d 2 . An dem Rotor 703 sind, lediglich schematisch dargestellt, Rotorschaufeln 706 angeordnet. Die Länge d 1 des Unterbrechers ist größer als eine Schaufellänge. Ebenfalls ist die Länge d 2 der Abschrägung 705 länger als eine Schaufellänge.Again Fig. 25 As can be seen in the upper part, the interrupter 404 has an area over a length d 1 in which the rotor 703 is completely enclosed by the interrupter 404. In an area over a length d 2 , the interrupter has a bevel 705. In the area of this bevel 705, the side channel 701 widens continuously to its total width outside the area d 2 . Rotor blades 706 are arranged on rotor 703, only shown schematically. The length d 1 of the interrupter is greater than a blade length. The length d 2 of the bevel 705 is also longer than a blade length.

Der Kanal 701 kann eine Form aufweisen, wie sie in Fig. 11 für den Kanal 401 dargestellt ist. Der Rotor 400 wird von einer Dichtfläche 707 des Stators begrenzt. Diese Dichtfläche 707 ist im schaufellosen Bereich des Rotors 400 angeordnet.The channel 701 may have a shape as shown in FIG Fig. 11 for channel 401 is shown. The rotor 400 is delimited by a sealing surface 707 of the stator. This sealing surface 707 is arranged in the area of the rotor 400 without blades.

Im unteren Teil der Fig. 25 ist der Unterbrecher 404 dargestellt mit der Abschrägung 705. Die Abschrägung 705 verjüngt sich in Richtung des Bereiches d 2 des Unterbrechers 404, in dem der Unterbrecher 404 den Rotor 703 vollständig umschließt. Ein Winkel β gibt den Öffnungswinkel der Abschrägung 705 an. Ein Winkel α ist ein Komplementärwinkel zu dem Winkel β , das heißt, die Summe der Winkel α und β ergibt zusammen 180°. Der Winkel α entspricht einem Schaufelwinkel der Rotorschaufeln 706 des Rotors 703, wie in Fig. 26 dargestellt.In the lower part of the Fig. 25 the interrupter 404 is shown with the bevel 705. The bevel 705 tapers in the direction of the area d 2 of the interrupter 404, in which the interrupter 404 completely surrounds the rotor 703. An angle β indicates the opening angle of the bevel 705. An angle α is a complementary angle to the angle β , that is, the sum of the angles α and β together results in 180 °. The angle α corresponds to a blade angle of the rotor blades 706 of the rotor 703, as in FIG Fig. 26 shown.

In Fig. 26 sind eine Rotorschaufel 706 im Schnitt sowie der Anstellwinkel α dargestellt. Mit D ist die Schaufelhöhe bezeichnet.In Fig. 26 a rotor blade 706 is shown in section and the angle of attack α . The blade height is denoted by D.

Fig. 27 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar. Der Unterbrecher 404, der in dem Stator 700 ausgebildet ist, weist die Abschrägung 705 auf. In Richtung des Seitenkanales 704 ist eine zusätzliche Abschrägung 706 vorgesehen. Durch diese zusätzliche Abschrägung, die eine Länge d 3 aufweist, werden eine noch höhere Kompression als auch ein höheres Saugvermögen erzielt. Fig. 27 FIG. 3 illustrates a further exemplary embodiment. The interrupter 404, which is formed in the stator 700, has the bevel 705. An additional bevel 706 is provided in the direction of the side channel 704. This additional bevel, which has a length d 3 , achieves an even higher compression and a higher suction capacity.

In Fig. 28 ist die Kompression einer Seitenkanalpumpstufe dargestellt. Die Kurven zeigen zum einen die Werte für einen Standardunterbrecher und zum anderen für eine Unterbrecherform gemäß Fig. 25. Es ist zu erkennen, dass die Kompression deutlich bei der Unterbrecherform gemäß Fig. 25 erhöht ist.In Fig. 28 the compression of a side channel pumping stage is shown. The curves show, on the one hand, the values for a standard interrupter and, on the other hand, for a form of interrupter according to Fig. 25 . It can be seen that the compression is significant in the case of the interrupter shape according to FIG Fig. 25 is increased.

Gemäß Fig. 29 ist das Saugvermögen einer Seitenkanalpumpstufe gezeigt. Man erkennt deutlich, dass die gemäß Fig. 25 verwendete Unterbrecherform zu einem höheren Saugvermögen führt als eine zum Stand der Technik gehörende Unterbrecherform.According to Fig. 29 the pumping speed of a side channel pump stage is shown. It can be clearly seen that according to Fig. 25 The interrupter shape used leads to a higher pumping speed than a prior art interrupter shape.

Fig. 30 zeigt die Statorscheibe 700 mit einem Seitenkanal 704 sowie einen Auslass 702. Der Unterbrecher 404 grenzt mit einer Fläche 708 unter Beibehaltung eines schmalen Spaltes (nicht dargestellt) an Schaufeln des Rotors, der hier ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Unterbrecher weist die Abschrägung 705 auf, die sich in Richtung des Kanales 704 erweitert. Eine Dichtfläche 707 weist ein tieferes Niveau als eine Fläche 709 des Stators 700 auf, wodurch sich die Kante oder Fläche 708 ergibt. Die Abschrägung 705 stellt zum einen eine radiale Öffnung des Unterbrechers 404 sowie auch eine axiale Vertiefung der Dichtfläche 707 dar. Fig. 30 shows the stator disk 700 with a side channel 704 and an outlet 702. The interrupter 404 adjoins the blades of the rotor, which is also not shown here, with a surface 708 while maintaining a narrow gap (not shown). The interrupter has the bevel 705 which widens in the direction of the channel 704. A sealing surface 707 has a lower level than a surface 709 of the stator 700, which results in the edge or surface 708. The bevel 705 represents, on the one hand, a radial opening of the interrupter 404 and also an axial recess in the sealing surface 707.

Der Stator 700 weist eine Bohrung 710 für den Durchgriff einer Welle des Rotors (nicht dargestellt) auf.The stator 700 has a bore 710 for a shaft of the rotor (not shown) to pass through.

BezugszahlenReference numbers

11
Gehäusecasing
22
GaseintrittsöffnungGas inlet opening
44th
GasauslassöffnungGas outlet opening
66th
Wellewave
88th
AntriebssystemDrive system
1010
LagerelementBearing element
1212th
LagerelementBearing element
1414th
PumpeinheitPumping unit
1616
PumpeinheitPumping unit
16a16a
PumpuntereinheitPump subassembly
16b16b
PumpuntereinheitPump subassembly
16c16c
PumpuntereinheitPump subassembly
1818th
PumpeinheitPumping unit
3232
VerbindungskanäleConnection channels
34a34a
VerbindungselementeFasteners
34b34b
VerbindungselementeFasteners
36a36a
VerbindungselementeFasteners
36b36b
VerbindungselementeFasteners
36c36c
VerbindungselementeFasteners
3838
VerbindungskanäleConnection channels
4040
Rillegroove
4141
Oberflächesurface
4242
VerbindungsleitungConnecting line
5050
GewindenutThread groove
5151
Statorstator
5252
BeschichtungCoating
100100
VakuumpumpeVacuum pump
101101
Gehäusecasing
102102
GaseinlassGas inlet
103103
GasauslassGas outlet
104104
SeitenkanalpumpstufeSide channel pumping stage
105105
MolekularstufeMolecular level
106106
VorvakuumstufePre-vacuum stage
107107
Antriebdrive
108108
Wellewave
110110
Wälzlagerroller bearing
111111
Wälzlagerroller bearing
112112
SpuleKitchen sink
113113
PermanentmagnetPermanent magnet
120120
GehäuseteileHousing parts
121121
GehäuseteileHousing parts
122122
GehäuseteileHousing parts
123123
GehäuseteileHousing parts
124124
Einlass/ÜbergabekanalInlet / transfer channel
125125
Auslass/ÜbergabekanalOutlet / transfer channel
126126
MittellinieCenter line
400400
Laufrad/RotorImpeller / rotor
401401
SeitenkanalSide channel
402402
Schaufelshovel
403403
Randedge
404404
UnterbrecherBreaker
420420
KanalbodenChannel bottom
421421
Seitenwand des SeitenkanalesSide wall of the side channel
422422
Seitenwand des SeitenkanalesSide wall of the side channel
423423
SchaufelgrundShovel bottom
424424
Begrenzungsfläche des SeitenkanalesBoundary surface of the side channel
425425
MittelebeneMiddle plane
426426
Rand des Laufrades/RotorsEdge of the impeller / rotor
427427
Rand des Laufrades/RotorsEdge of the impeller / rotor
428428
ÜberstandGot over
500500
Rotorrotor
502502
Zylindercylinder
505505
InnenstatorInner stator
506506
AußenstatorExternal stator
507507
GewindenutThread groove
508508
GewindenutThread groove
600600
LaufradWheel
601601
SeitenkanalSide channel
602602
Schaufelshovel
700700
Statorstator
701701
Einlassinlet
702702
AuslassOutlet
703703
Rotorrotor
704704
SeitenkanalSide channel
705705
Abschrägungbevel
706706
Abschrägungbevel
707707
axiale Dichtfläche der Rotorscheibeaxial sealing surface of the rotor disk
708708
Flächearea
709709
Flächearea
710710
Bohrungdrilling
711711
KurveCurve
712712
KurveCurve
713713
KurveCurve
714714
KurveCurve
715715
Bereicharea
716716
KurveCurve
717717
KurveCurve
718718
KurveCurve
719719
KurveCurve
d1d1
Längelength
d2d2
Längelength
vv
Geschwindigkeitspeed
αα
Anstellwinkel Rotorschaufel und ErgänzungswinkelAngle of incidence of rotor blade and supplementary angle
ββ
Öffnungswinkel Abschrägung 705Opening angle bevel 705
AA.
PfeileArrows
BB.
PfeileArrows
RR.
Winkelangle
ϕϕ
Radiusradius

Claims (4)

  1. A vacuum pump stage, which can be connected downstream of a molecular pump stage in the direction of a gas flow, having an inlet (124), an outlet (125), a rotor (400) and a duct (401), which comprises two side walls (421, 422) and a duct base (420),
    - wherein the rotor (400) with a rotor portion (402) penetrates into the duct (401) and a pump effect is achieved by the cooperation of rotor portion (402) and duct (401),
    - wherein the rotor (400) has the form of a disc, which over its entire radial extent including the blade region has a constant width
    - and with an interrupter (404) arranged between inlet (124) and outlet (125),
    - wherein two side walls (421, 422) of the duct (401) are curved, and wherein the curvature of each side wall (421, 422) is semi-circular in cross section with reference to a cross section through the duct (401) lying in the axis of rotation,
    - in which a spacing between two centres of side channel semi-circles (dsi) with reference to a cross section through the duct (401) lying in the axis of rotation amounts to 20% to 120% of the width (dR1) of the rotor disc,
    - in which a side channel radius (RS3) of the side channel semi-circle is formed to be between 80% and 120% of the rotor disc width (dR1) with reference to a cross section through the duct (401) lying in the axis of rotation, and
    - in which a blade spacing of rotor blades (402) lies between 50% and 100% of the rotor disc width (dR1).
  2. A vacuum pump stage according to claim 1, characterised in that the curvature of the at least one side wall (421, 422) is concave.
  3. A vacuum pump stage according to claim 1 or 2, characterised in that the duct (401) is formed to be axially symmetric to a central plane (425) of the rotor (400).
  4. A vacuum pump stage according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the rotor blades (402) of the rotors (400) are V-shaped in cross section.
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