EP4219947A2

EP4219947A2 - Scrollpumpe mit optimierter spiralgeometrie

Info

Publication number: EP4219947A2
Application number: EP23179568.3A
Authority: EP
Inventors: Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2023-06-15
Publication date: 2023-08-02
Anticipated expiration: 2043-06-15
Also published as: EP4219947A3; EP4219947B1

Abstract

Scrollpumpe mit einem feststehenden Spiralzylinder in Form einer ersten Wand (16) mit einer ersten Wandhöhe (H), wobei sich die erste Wand (16) von einem inneren Ende (58) zu einem äußeren Ende (60) spiralförmig aufweitet, und einem beweglichen Spiralzylinder in Form einer zweiten Wand (18) mit einer zweiten Wandhöhe (H), die sich von einem inneren Ende (58) zu einem äußeren Ende (60) spiralförmig aufweitet und mit der sich spiralförmig aufweitenden ersten Wand (16) verschachtelt ist. Erfindungsgemäß ändert sich die erste Wandhöhe (H) und/oder die zweite Wandhöhe (H) zwischen ihrem inneren Ende (58) und ihrem äußeren Ende (60).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scrollpumpe, insbesondere Scrollvakuumpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie der Art nach im Wesentlichen beispielsweise aus der EP 3 153 708 B1 oder der EP 3 647 599 B1 bekannt geworden ist.
Eine Scrollpumpe ist eine gegen Atmosphärendruck abdichtende Verdrängerpumpe, die sich unter anderem als Kompressor einsetzen lässt. Eine Scrollvakuumpumpe kann zur Erzeugung eines Vakuums in einem an dem Gaseinlass angeschlossenen Rezipienten verwendet werden.
Scrollvakuumpumpen werden auch als Spiralvakuumpumpen oder Spiralfördereinrichtungen bezeichnet. Das einer Scrollpumpe zugrundeliegende Pumpprinzip ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt und wird daher nachfolgend nur kursorisch erläutert.
Eine Pumpstufe einer Scrollpumpe weist zwei ineinander verschachtelte bzw. ineinander gesteckte, beispielsweise archimedische Spiralzylinder auf, welche nachfolgend auch lediglich als Spiralen bezeichnet werden. Jeder Spiralzylinder besteht dabei aus zumindest einer äquidistanten Spiralwand mit einer an einer Stirnseite der Spiralwand vorgesehenen Trägerplatte, wobei die äußeren Windungen des Spiralzylinders, beispielsweise die zwei oder drei äußersten Windungen des Spiralzylinders, durch Wandabschnitte gebildet werden können, die vom Mittelpunkt der Spiralen jeweils einen in Umfangsrichtung konstanten Abstand aufweisen. Auch wenn diese Wandabschnitte somit streng genommen keine Spiralabschnitte bilden, werden sie im Kontext der vorliegenden Erfindung dennoch der Spirale zugerechnet und als Windungen derselben bezeichnet.
Die Spiralzylinder sind dabei so ineinandergesteckt, dass sie berührungslos miteinander in Eingriff stehen und abschnittsweise halbmond- bzw. sichelförmige Volumina umschließen. Eine der beiden Spiralen ist dabei unbeweglich bzw. feststehend im Gehäuse der Pumpe angeordnet, wohingegen die andere Spirale mitsamt ihrer Trägerplatte über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen Bahn bewegt wird, weshalb diese Spirale zusammen mit ihrer Trägerplatte auch als Orbiter bezeichnet wird. Die bewegliche Spirale führt somit eine sogenannte zentralsymmetrische Oszillation aus, was auch als "Wobbeln" oder "Orbitieren" bezeichnet wird. Ein zwischen den Spiralzylindern eingeschlossenes halbmondförmiges Volumen wandert während des Orbitierens der beweglichen Spirale innerhalb der Spiralen zunehmend nach innen, wodurch mittels des wandernden Volumens Prozessgas von einem radial außenliegenden Gaseinlass zu einem in der Spiralmitte befindlichen Gasauslass gefördert wird, was aufgrund des sich dabei verkleinernden Gasvolumens zu einer Komprimierung desselben führt.
Um eine möglichst hohe Performance der Scrollpumpe zu erreichen, sollte dabei der Axialspalt zwischen der Spiralwand des einen Spiralzylinders und der Trägerplatte des anderen Spiralzylinders möglichst klein sein, da andernfalls durch Rückströmeffekte von Prozessgas über den Axialspalt der erreichbare Enddruck sowie das Saugvermögen abnehmen, wohingegen die erforderliche Antriebsleistung in unerwünschter Weise zunimmt.
Grundsätzlich hängt die Größe der in Rede stehenden Axialspalte von zulässigen Bauteiltoleranzen, etwaigem Lagerspiel, der Verkippung des Orbiters sowie der Wärmeausdehnung der Spiralzylinder ab. Üblicherweise werden die Axialspalte dabei über die gesamte Länge des jeweiligen Spiralzylinders zwischen seinem radial inneren Ende und seinem radial äußeren Ende auf ein konstantes Maß eingestellt, wobei die thermische Ausdehnung des jeweiligen Spiralzylinders gegebenenfalls durch eine Dichtung am freien Ende der jeweiligen Spiralwand ausgeglichen werden kann.
Insbesondere dann, wenn jedoch die Pumpe ihren Enddruck erreicht hat, kann allerdings die durch den Betrieb der Pumpe erzeugte Wärme nur unzureichend abgeleitet werden, was dazu führen kann, dass sich insbesondere in dem beweglichen Spiralzylinder ein Temperaturgradient zwischen seinem radial äußeren Ende und seinem radial inneren Ende einstellt. Gleichermaßen kann sich der bewegliche Spiralzylinder in seiner Gesamtheit stärker als der feststehende Spiralzylinder erwärmen. Aufgrund des sich einstellenden Temperaturgradienten kann sich der jeweiligen Spiralzylinder bzw. dessen Spiralwand zwischen seinem radial inneren und seinem radial äußeren Ende unterschiedlich stark ausdehnen, so dass der jeweilige Axialspalt im stationären Betriebszustand der Pumpe bereichsweise ein zulässiges Maß über- und in anderen Bereichen ein zulässiges Maß unterschreiten kann. Dementsprechend kann das Prozessgas in Bereichen, in denen der Axialspalt ein zulässiges Maß überschreitet, durch den Axialspalt in Richtung der Saugseite zurückströmen, was sich negativ auf den erreichbaren Enddruck sowie das Saugvermögen der Pumpe auswirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, temperaturbedingte Rückströmverluste einer Scrollpumpe zu minimieren.
Diese Aufgabe wird mit einer Scrollpumpe, insbesondere mit einer Scrollvakuumpumpe, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die erste Wandhöhe und/oder die zweite Wandhöhe zwischen ihrem radial inneren Ende und ihrem radial äußeren Ende nicht konstant ist bzw. sich ändert.
Sofern hier die Wandhöhen der Spiralzylinder einer Scrollpumpe spezifiziert werden, so beziehen sich diese Höhenangaben auf den kalten Zustand der Pumpe bzw. auf die Nennhöhen der Spiralwände, mit denen diese gefertigt werden.
Die erste Wandhöhe misst sich dabei von der ersten Oberfläche der ersten Trägerplatte, von der die erste Wand absteht, bis zum freien Ende bzw. bis zum Wandkopf der ersten Wand. In entsprechender Weise misst sich die zweite Wandhöhe von der zweiten Oberfläche der zweiten Trägerplatte, von der die zweite Wand absteht, bis zum freien Ende bzw. zum Wandkopf der zweiten Wand.
Erfindungsgemäß ist es somit vorgesehen, dass sich etwaige Temperaturgradienten, die während des Betriebs der Scrollpumpe entlang der Wand des jeweiligen Spiralzylinders einstellen können, durch unterschiedlich hohe Wandhöhen ausgeglichen werden. Insbesondere ist es hierzu vorgesehen, dass die jeweilige Spiralwand in Bereichen, in denen sie wärmer ist als in anderen Bereichen, eine geringere Wandhöhe aufweist. Wärmere Abschnitte der jeweiligen Spiralwand können sich somit temperaturbedingt stärker als weniger warme Abschnitte ausdehnen, so dass sich im stationären Betriebszustand der Scrollpumpe über die gesamte Länge der jeweiligen Spiralwand hinweg ein im Wesentlichen konstanter Axialspalt einstellt. Im stationären Betriebszustand der Scrollpumpe kann der Axialspalt somit tendenziell überall sein gewünschtes Nennmaß erreichen, so dass keine Bereiche entstehen, in denen durch den Axialspalt unerwünscht hohe Rückströmverluste auftreten können.
Im Folgenden wird nun auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eingegangen. Weitere Ausführungsformen können sich auch aus den abhängigen Ansprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Zeichnungen selbst ergeben.
So kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Wandhöhe am inneren Ende der ersten Spiralwand geringer ist als am äußeren Ende der ersten Spiralwand. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es in entsprechender Weise vorgesehen sein, dass die zweite Wandhöhe am inneren Ende der zweiten Spiralwand geringer ist als am äußeren Ende der zweiten Spiralwand.
So wurde nämlich erfindungsgemäß erkannt, dass sich während des Pumpbetriebs der Scrollpumpe in dem jeweiligen Spiralzylinder tendenziell ein Temperaturgradient einstellt, der in Richtung des inneren Endes der jeweiligen Spiralwand zunimmt. Um diese Temperaturzunahme in Richtung des inneren Endes der jeweiligen Spiralwand ausgleichen zu können, kann es daher erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die jeweilige Spiralwandhöhe am inneren Ende der jeweiligen Spiralwand tendenziell geringer ist als am äußeren Ende der jeweiligen Spiralwand.
Bei einem Spiralzylinder konstanter Wandhöhe würde sich hingegen im stationären Betriebszustand am radial äußeren Ende ein Axialspalt einstellen, der größer als am inneren Ende des Spiralzylinders ist, so dass am radial äußeren Ende durch den Axialspalt in unerwünschter Weise Prozessgas zurück in Richtung des Pumpeneinlasses strömen könnte. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Spiralwandhöhe im kalten Zustand der Pumpe zum radial äußeren Ende der jeweiligen Spiralwand hin zunimmt, wird die mangelnde Wärmeausdehnung am radial äußeren Ende gewissermaßen vorweggenommen, so dass sich auch am radial äußeren Ende der Spiralwand im stationären Betriebszustand ein Axialspalt mit der gewünschten Größe einstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die zweite Wandhöhe, also die des beweglichen Spiralzylinders, am äußeren Ende der zweiten Wand geringer ist als die erste Wandhöhe am äußeren Ende der ersten Wand. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass die zweite Wandhöhe am inneren Ende der zweiten Wand geringer ist als die erste Wandhöhe am inneren Ende der ersten Wand. Anders ausgedrückt, kann also die zweite Spiralwand in ihrer Gesamtheit eine geringere Wandhöhe aufweisen als die erste Spiralwand. So wurde nämlich erfindungsgemäß erkannt, dass die Wärme aus dem feststehenden Spiralzylinder aufgrund des Kontakts zum Gehäuse der Scrollpumpe tendenziell besser abgeleitet werden kann als die Wärme aus dem beweglichen Spiralzylinder. Damit sich dennoch gleich große Axialspalte einstellen können, kann daher die Spiralwand des beweglichen Spiralzylinders in ihrer Gesamtheit etwas weniger hoch ausgebildet werden als die Spiralwand des feststehenden Spiralzylinders. Somit können sich im stationären Pumpbetrieb am freien Ende des beweglichen Spiralzylinders und des feststehenden Spiralzylinders im Wesentlichen gleich große Axialspalte einstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die erste Wandhöhe ausgehend vom äußeren Ende der ersten Wand bis zum inneren Ende der ersten Wand kontinuierlich bzw. stetig abnimmt, ohne dass zwischen dem inneren Ende der ersten Wand und äußeren Ende der ersten Wand etwaige Sprünge in der Wandhöhe vorhanden sind. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die zweite Wandhöhe ausgehend vom äußeren Ende der zweiten Wand bis zum inneren Ende der zweiten Wand kontinuierlich abnehmen, so dass auch hier keine Sprünge in der Wandhöhe vorliegen. Betrachtet man die Abwicklung der Spiralwand, so entspricht deren Gestalt also der eines Trapez.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der die jeweilige Spiralwand der Gestalt eines Trapez entspricht, kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Wand zwischen ihrem äußeren Ende und ihrem inneren Ende zumindest einen ersten Wandabschnitt mit konstanter erster Wandhöhe und zumindest einen zweiten Wandabschnitt mit konstanter erster Wandhöhe umfasst, die sich von der konstanten ersten Wandhöhe des ersten Wandabschnitts der ersten Wand unterscheidet. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass auch die zweite Wand zwischen ihrem äußeren Ende und ihrem inneren Ende zumindest einen ersten Wandabschnitt mit konstanter zweiter Wandhöhe und zumindest einen zweiten Abschnitt mit konstanter zweiter Wandhöhe umfasst, die sich von der konstanten ersten Wandhöhe des ersten Wandabschnitts der zweiten Wand unterscheidet. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Wandhöhe der ersten und/oder der zweiten Wand zwischen den einzelnen Wandabschnitten sprunghaft bzw. stufenweise verändert. Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass sich die Wandhöhe der ersten und/oder der zweiten Wand zwischen den einzelnen Wandabschnitten kontinuierlich bzw. stetig verändert, so dass beispielsweise zwischen den einzelnen Wandabschnitten rampenartige zusätzliche Wandabschnitte vorgesehen sein können, die die unterschiedlich hohen Wandabschnitte rampenartig miteinander verbinden.
Betrachtet man beispielsweise eine Spiralwand mit einer maximalen Wandhöhe von 50 mm, so kann die maximale Höhendifferenz der jeweiligen Wand in der Größenordnung von etwa 0,05 mm liegen. Ganz allgemein kann die maximale Höhendifferenz der ersten und/oder der zweiten Wandhöhe 0,05 bis 0,5%, vorzugsweise 0,1 bis 0,3% und insbesondere vorzugsweise 0,15 bis 0,25% der maximalen ersten bzw. zweiten Wandhöhe betragen, um so das unterschiedliche Temperaturausdehnungsverhalten der jeweiligen Spiralwand über ihre Länge hinweg kompensieren zu können.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass sich die erste Wandhöhe und/oder die zweite Wandhöhe zwischen ihrem inneren Ende und ihrem äußeren Ende ändert, um so dafür zu sorgen, dass der jeweilige Axialspalt im stationären Betriebszustand der Scrollpumpe überall sein gewünschtes Nennmaß erreichen kann. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Erreichung des gewünschten Nennmaßes des jeweiligen Axialspalts vorgesehen sein, dass die erste Oberfläche der ersten Trägerplatte eine erste Kavität bzw. Eintiefung mit einer ersten Tiefe ausbildet, die in radialer Richtung zur Mitte hin zunimmt, und/oder dass die zweite Oberfläche der zweiten Trägerplatte eine zweite Kavität bzw. Eintiefung mit einer zweiten Tiefe ausbildet, die in radialer Richtung zur Mitte hin zunimmt, und zwar entweder kontinuierlich oder stufenweise. Die erste bzw. zweite Wand kann sich somit temperaturbedingt in axialer Richtung ausdehnen, ohne dass es zu einem Kontakt mit der jeweils axial benachbarten Trägerplatte kommt. Vielmehr kann sich so im stationären Betriebszustand ein Axialspalt einstellen, der überall das gewünschte Nennmaß aufweist. Hierbei ist es nicht erforderlich, dass sich die die erste Wandhöhe und/oder die zweite Wandhöhe zwischen ihrem inneren Ende und ihrem äußeren Ende ändert; vielmehr kann es bei dieser Ausführung vorgesehen sein, dass erste Wandhöhe und/oder die zweite Wandhöhe zwischen ihrem inneren Ende und ihrem äußeren Ende konstant ist.
Im Falle, dass die Tiefe der jeweiligen Eintiefung in radialer Richtung stufenweise zunimmt, kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Oberfläche mehrere konzentrisch zueinander gelegene erste Kreisringflächen umfasst, zwischen denen jeweilige erste Tiefensprünge vorliegen, und/oder dass die zweite Oberfläche mehrere konzentrisch zueinander gelegene zweite Kreisringflächen umfasst, zwischen denen jeweilige zweite Tiefensprünge vorliegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Anzahl der Wandabschnitte der ersten Wand der Anzahl an zweiten Kreisringflächen entspricht, wobei es insbesondere vorgesehen sein kann, dass sich die zweiten Tiefensprünge in radialer Richtung etwa dort befinden, wo sich die Wandhöhe der ersten Wand sprunghaft verändert, und/oder dass die Anzahl der Wandabschnitte der zweiten Wand der Anzahl an ersten Kreisringflächen entspricht, wobei es insbesondere vorgesehen sein kann, dass sich die ersten Tiefensprünge in radialer Richtung etwa dort befinden, wo sich die Wandhöhe der zweiten Wand sprunghaft ändert.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1: eine herkömmliche Scrollvakuumpumpe in einer Schnittdarstellung zeigt;
Fig. 2: eine perspektive Darstellung des Orbiters der Scrollvakuumpumpe der Fig. 1 zeigt; und
Fig. 3: eine Ausführungsform einer Spiralwand in abgewickelter Darstellung zeigt, wobei die Wandhöhe überhöht dargestellt ist; und
Fig. 4: eine weitere Ausführungsform einer Spiralwand in abgewickelter Darstellung zeigt, wobei die Wandhöhe überhöht dargestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt eine als Scrollpumpe 10 ausgebildete Vakuumpumpe. Diese umfasst ein erstes Gehäuseelement 12 und ein damit über Schrauben 15 verbundenes zweites Gehäuseelement 14, das eine Trägerplatte für eine pumpaktive Struktur ausbildet, nämlich eine feststehende Spiralwand 16. Das zweite Gehäuseelement 14 bildet also ein feststehendes Spiralbauteil der Scrollvakuumpumpe 10.
Die Spiralwand 16 wirkt mit einer beweglichen Spiralwand 18 zusammen, die sich gemäß der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 in Umfangsrichtung zwischen einem inneren Ende 58 und einem äußeren Ende 60 erstreckt. Entsprechendes gilt für die feststehende Spiralwand 16, die sich ebenfalls zwischen einem inneren Ende und einem äußeren Ende erstreckt.
Die bewegliche Spiralwand 18 ist an einer beweglichen Trägerplatte 20 ausgebildet und bildet zusammen mit dieser den in der Fig. 2 in perspektiver Ansicht dargestellten Orbiter 21 der Scrollvakuumpumpe 10, der zum Erzeugen einer Pumpwirkung über eine Exzenterwelle 22 exzentrisch angetrieben wird. Dabei wird ein zu pumpendes Prozessgas von einem Einlass 24, welcher in dem ersten Gehäuseelement 12 definiert ist, zu einem Auslass 26 gefördert, welcher in dem zweiten Gehäuseelement 14 definiert ist.
Die Exzenterwelle 22 wird durch einen Elektromotor 28 angetrieben und durch zwei Wälzlager 30 gelagert. Die Exzenterwelle 22 umfasst einen exzentrisch zu ihrer Rotationsachse angeordneten Exzenterzapfen 32, der über ein weiteres Wälzlager 34 seine exzentrische Auslenkung an das bewegliche Spiralbauteil 20 überträgt.
An der beweglichen Trägerplatte 20 ist zur Abdichtung des Antriebs außerdem ein in Fig. 1 linksseitiges erstes Ende eines Wellbalgs 36 befestigt, dessen rechtsseitiges zweites Ende am Gehäusegrund des ersten Gehäuseelements 12 befestigt ist. Das linksseitige erste Ende des Wellbalgs 36 folgt der Auslenkung der beweglichen Trägerplatte 20. Der die Exzenterwelle 22 umgebende Wellbalg 36 ist biegsam, jedoch in sich torsionssteif ausgebildet und verhindert somit aufgrund der Tatsache, dass er einerseits an der Trägerplatte 20 und andererseits an dem ersten Gehäuseelement 12 befestigt ist, dass sich die Trägerplatte 20 bzw. der Orbiter 21 um sich selbst drehen kann.
Die Scrollvakuumpumpe 10 umfasst ferner einen Lüfter 38 zur Erzeugung eines Kühlluftstromes 46. Für diesen Kühlluftstrom 46 ist eine Luftleithaube 40 vorgesehen, an der auch der Lüfter 38 befestigt ist. Die Luftleithaube 40 und die Gehäuseelemente 12 und 14 sind derart geformt, dass der Kühlluftstrom 46 im Wesentlichen das gesamte Pumpengehäuse umströmt und somit eine gute Kühlleistung erreicht.
Die Scrollvakuumpumpe 10 umfasst ferner ein Elektronikgehäuse 42, in dem eine Steuerungseinrichtung und Leistungselektronikkomponenten zum Antrieb des Motors 28 angeordnet sind. Das Elektronikgehäuse 42 bildet außerdem einen Standfuß der Pumpe 10. Zwischen dem Elektronikgehäuse 42 und dem ersten Gehäuseelement 12 ist ein Kanal 44 ausgebildet, durch den der vom Lüfter 38 erzeugte Luftstrom 46 am ersten Gehäuseelement 12 und auch am Elektronikgehäuse 42 entlanggeführt wird, sodass beide wirksam gekühlt werden.
Wie der Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, ist die bewegliche Spiralwand 18, die hier auch als zweite Wand 18 bezeichnet wird, integral mit der Trägerplatte 20 ausgebildet, welche eine ebene zweite Oberfläche 19 (siehe Fig. ausbildet. Die Wandhöhe der zweiten Wand 18 bemisst sich dabei von der ebenen zweiten Oberfläche 19 der zweiten Trägerplatte 20 bis zum freien Ende bzw. zum Wandkopf 50 der zweiten Spiralwand 18. In entsprechender Weise ist die feststehende Spiralwand 16, die hier auch als erste Wand 16 bezeichnet wird, integral mit der von dem zweiten Gehäuseelement 14 ausgebildeten Trägerplatte 14 ausgebildet, wobei sich die Höhe der ersten Wand 16 von der ebenen ersten Oberfläche 17 dieser Trägerplatte 14 bis zum freien Ende bzw. bis zum Wandkopf 52 der ersten Wand 16 bemisst.
Zwischen dem freien Ende 52 der ersten Spiralwand 16 und der Trägerplatte 20 der zweiten Spiralwand 16 liegt ein Axialspalt 54 vor, welcher während des Pumpbetriebs über die gesamte Abwicklungslänge der ersten Spiralwand 16 hinweg möglichst klein sein sollte. In entsprechender Weise liegt zwischen dem freien Ende 50 der zweiten Spiralwand 18 und der Trägerplatte 14, die durch das zweite Gehäuseelement 14 gebildet wird, ein Axialspalt 56 vor, der ebenfalls möglichst klein sein sollte.
Zur Minimierung des jeweiligen Axialspalts 54, 56 während des stationären Pumpbetriebs ist es dementsprechend erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Wandhöhe H der beweglichen Spiralwand 18 und/oder die der feststehenden Spiralwand 18 zwischen ihrem inneren Ende 58 und ihrem äußeren Ende 60 ändert. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die jeweilige Spiralwand 16, 18 in Bereichen höherer Temperatur eine geringere Wandhöhe aufweist als in Bereichen kälterer Temperatur. Somit kann sich die jeweilige Spiralwand 16, 18 in Bereichen höherer Temperatur zur Erzielung eines möglichst geringen Axialspalts 54, 56 stärker ausdehnen kann als in kälteren Bereichen.
Da die Temperatur beider Spiralwände 16, 18 im stationären Pumpbetrieb tendenziell in Richtung des inneren Endes 58 der jeweiligen Spiralwand 16, 18 hin zunimmt, ist es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass die Höhe der jeweiligen Wand 16, 18 am inneren Ende 58 der jeweiligen Wand 16, 18 etwas geringer ist als am äußeren Ende 60 der jeweiligen Wand 16, 18. Da sich die bewegliche Spiralwand 18 während des Pumpbetriebs tendenziell stärker erwärmt als die feststehende Wand 16, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die bewegliche Wand 18 in ihrer Gesamtheit eine geringere Höhe als die feststehende Spiralwand 16 aufweist, so dass sich die bewegliche Spiralwand 18 temperaturbedingt etwas mehr ausdehnen kann als die feststehende Spiralwand 16. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die bewegliche Spiralwand 18 sowohl an ihrem inneren Ende 58 als auch an ihrem äußeren Ende 60 eine geringere Wandhöhe H als die feststehende Spiralwand 16 an den jeweiligen Enden 58, 60 aufweist.
Da die Temperatur während des stationären Pumpbetriebs in der jeweiligen Spiralwand 16, 18 in Richtung des jeweiligen inneren Endes 58 zunimmt, kann es gemäß der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform insbesondere vorgesehen sein, dass die Wandhöhe H der feststehenden Spiralwand 16 oder die der beweglichen Spiralwand 18 ausgehend vom jeweiligen äußeren Ende 60 kontinuierlich bis zum inneren Ende 58 der jeweiligen Spiralwand 16, 18 abnimmt. Je höher also die Temperatur in Richtung des inneren Endes 58 hin wird, umso mehr nimmt die jeweilige Wandhöhe H ab, damit sich die jeweilige Spiralwand 16, 18 mit zunehmender Annäherung an das innere Ende 58 hin stärker in axialer Richtung ausdehnen kann.
Alternativ hierzu kann es gemäß der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die jeweilige Spiralwand 16, 18 drei Wandabschnitte 62, 64, 66 mit jeweils unterschiedlich hoher konstanter Wandhöhe H aufweist, wobei die Wandhöhe H stufenweise in Richtung des inneren Endes 58 der jeweiligen Spiralwand 16, 18 hin abnimmt.
Alternativ hierzu kann es gemäß der in der Fig. 4 gestrichelt dargestellten Ausführungsform vorgesehen sein, dass sich die Wandhöhe H zwischen den einzelnen Wandabschnitten 62, 64, 66 kontinuierlich verändert, so dass die einzelnen Wandabschnitte 62, 64, 66 über Rampenabschnitte 68 mit veränderlicher Wandhöhe H miteinander verbunden sind. Sowohl bei der Ausführungsform mit sich sprunghaft verändernder Wandhöhe H als auch bei jener, bei der die einzelnen Wandabschnitte 62, 64, 66 durch Rampenabschnitte 68 miteinander verbunden sind, ist dabei die Wandhöhe H des jeweiligen Wandabschnitts umso geringer, je näher sich der jeweilige Wandabschnitt 62, 64, 66 am inneren Ende 58 der jeweiligen Spiralwand 16, 18 befindet.
Da die Höhendifferenz der jeweiligen Spiralwand 16, 18 zwischen ihrem inneren Ende 58 und ihrem äußeren Ende 60 sehr gering und mit bloßem Auge nicht erkennbar ist, ist die Wandhöhe H in den Fig. 3 und 4 überhöht dargestellt. So kann beispielsweise die maximale Höhendifferenz der jeweiligen Spiralwand 16, 18 nur rund 0,05 mm betragen, was bei einer Spiralwandhöhe H in der Größenordnung von 10 bis 50 mm mit bloßem Auge nicht erkennbar wäre. Zwar kann die maximale Höhendifferenz der jeweiligen Spiralwand je nach Pumpentyp auch geringfügig größer ausfallen; grundsätzlich beträgt jedoch die maximale Höhendifferenz etwa 0,05 bis 0,5%, vorzugsweise 0,1 bis 0,3%, und insbesondere bevorzugt 0,15 bis 0,25% der maximalen Höhenabmessung der jeweiligen Spiralwand 16, 18.
Zusätzlich oder alternativ zu den Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die erste Oberfläche 17 der ersten Trägerplatte 14 eine erste Kavität bzw. Eintiefung 70 mit einer variablen ersten Tiefe T1 ausbildet, die in radialer Richtung zur Mitte der ersten Trägerplatte 14 hin zunimmt, und/oder dass die zweite Oberfläche 19 der zweiten Trägerplatte 20 eine zweite Kavität bzw. Eintiefung 72 mit einer variablen zweiten Tiefe T2 ausbildet, die in radialer Richtung zur Mitte der zweiten Trägerplatte 20 hin zunimmt, wie dies in den Figuren 3 und 4 mit einer fett gezeichneten Linie L angedeutet ist, welche lediglich die erste bzw. zweite Oberfläche 17, 19 der jeweiligen Trägerplatten 14, 20 veranschaulicht.
Gemäß Fig. 3 nimmt dabei die erste bzw. zweite Tiefe T1, T2 zur Mitte der jeweiligen Trägerplatte 14, 20 kontinuierlich zu, wohingegen die Tiefenzunahme gemäß Fig. 4 stufenweise in zwei Schritten erfolgt, was bedeutet, dass die erste bzw. zweite Oberfläche 17, 19 durch mehrere konzentrisch zueinander gelegene erste Kreisringflächen 74 gebildet wird, die durch jeweilige erste Tiefensprünge voneinander getrennt sind. Insbesondere kann es dabei gemäß der Darstellung der Fig. 4 vorgesehen sein, dass die Anzahl der Wandabschnitte 62, 64, 66 der ersten Wand 16 der Anzahl an zweiten Kreisringflächen 74 entspricht, wobei sich die zweiten Tiefensprünge in radialer Richtung zumindest etwa dort befinden, wo sich die Wandhöhe H der ersten Wand 16 sprunghaft verändert. In entsprechender Weise kann die Anzahl der Wandabschnitte 62, 64, 66 der zweiten Wand 18 der Anzahl an ersten Kreisringflächen 74 entsprechen, wobei sich die ersten Tiefensprünge in radialer Richtung ebenfalls zumindest etwa dort befinden, wo sich die Wandhöhe H der zweiten Wand 18 sprunghaft ändert.

Bezugszeichenliste

10: Scrollvakuumpumpe
12: erstes Gehäuseelement
14: zweites Gehäuseelement, Trägerplatte
15: Schrauben
16: Spiralwand/Spirale
17: erste Oberfläche
18: Spiralwand/Spirale
19: zweite Oberfläche
20: Trägerplatte
21: Orbiter
22: Exzenterwelle
24: Einlass
26: Auslass
28: Motor
30: Wälzlager
32: Exzenterzapfen
34: Wälzlager
36: Wellbalg
38: Lüfter
40: Luftleithaube
42: Elektronikgehäuse
44: Kanal
46: Luftstrom
50: freies Ende/Wandkopf von 18
52: freies Ende/Wandkopf von 16
54: Axialspalt zwischen 52 und 20
56: Axialspalt an 50
58: inneres Ende
60: äußeres Ende
62: erster Wandabschnitt
64: zweiter Wandabschnitt
66: dritter Wandabschnitt
68: Rampenabschnitte
70: erste Kavität, Eintiefung
72: zweite Kavität, Eintiefung
74: Kreisringflächen
H: Wandhöhe
T1: variable Tiefe von 70
T2: variable Tiefe von 72

Claims

Scrollpumpe, insbesondere Scrollvakuumpumpe (10), mit einem feststehenden Spiralzylinder in Form einer ersten Wand (16) mit einer ersten Wandhöhe (H), wobei sich die erste Wand (16) von einem inneren Ende (58) zu einem äußeren Ende (60) spiralförmig aufweitet, und einem beweglichen Spiralzylinder in Form einer zweiten Wand (18) mit einer zweiten Wandhöhe (H), die sich von einem inneren Ende (58) zu einem äußeren Ende (60) spiralförmig aufweitet und mit der sich spiralförmig aufweitenden ersten Wand (16) verschachtelt ist,
dadurch gekennzeichnet , dass
sich die erste Wandhöhe (H) und/oder die zweite Wandhöhe (H) zwischen ihrem inneren Ende (58) und ihrem äußeren Ende (60) ändert.
Scrollpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass
die erste Wandhöhe (H) am inneren Ende (58) der ersten Wand (16) geringer ist als am äußeren Ende (60) der ersten Wand (16); und/oder dass die zweite Wandhöhe (H) am inneren Ende (58) der zweiten Wand (18) geringer ist als am äußeren Ende (60) der zweiten Wand (18).
Scrollpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet , dass
die zweite Wandhöhe (H) am äußeren Ende (60) der zweiten Wand (18) geringer ist als die erste Wandhöhe (H) am äußeren Ende (60) der ersten Wand (16); und/oder dass

die zweite Wandhöhe (H) am inneren Ende (58) der zweiten Wand (18) geringer ist als die erste Wandhöhe (H) am inneren Ende (58) der ersten Wand (16).
Scrollpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass
die erste Wandhöhe (H) ausgehend vom äußeren Ende (60) der ersten Wand (16) bis zum inneren Ende (58) der ersten Wand (16) kontinuierlich abnimmt; und/oder dass

die zweite Wandhöhe (H) ausgehend vom äußeren Ende (60) der zweiten Wand (18) bis zum inneren Ende (58) der zweiten Wand (18) kontinuierlich abnimmt.
Scrollpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Wand (16) zwischen ihrem äußeren Ende (60) und ihrem inneren Ende (58) zumindest einen ersten Wandabschnitt (62) mit konstanter erster Wandhöhe (H) und zumindest einen zweiten Wandabschnitt (64, 66) mit konstanter erster Wandhöhe (H) umfasst, die sich von der konstanten ersten Wandhöhe (H) des ersten Wandabschnitts der ersten Wand (16) unterscheidet; und/oder dass

die zweite Wand (18) zwischen ihrem äußeren Ende (60) und ihrem inneren Ende (60) zumindest einen ersten Wandabschnitt (62) mit konstanter zweiter Wandhöhe (H) und zumindest einen zweiten Wandabschnitt (64, 66) mit konstanter zweiter Wandhöhe (H) umfasst, die sich von der konstanten ersten Wandhöhe (H) des ersten Wandabschnitts der zweiten Wand (18) unterscheidet.
Scrollpumpe nach einem der Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Wandhöhe (H) der ersten und/oder der zweiten Wand (16, 18) zwischen den einzelnen Wandabschnitten (62, 64, 66) sprunghaft verändert; oder

sich die Wandhöhe (H) der ersten und/oder der zweiten Wand (16, 18) zwischen den einzelnen Wandabschnitten (62, 64, 64) kontinuierlich verändert.
Scrollpumpe nach einem der Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der erste Wandabschnitt (62) der ersten Wand (16) näher am inneren Ende (58) der ersten Wand (16) als der zweite Wandabschnitt (64, 64) der ersten Wand (16) befindet, wobei die Wandhöhe (H) des ersten Wandabschnitts geringer ist als die Wandhöhe (H) des zweiten Wandabschnitts (64, 66); und/oder dass

sich der erste Wandabschnitt (62) der zweiten Wand (18) näher am inneren Ende (58) der zweiten Wand (18) als der zweite Wandabschnitt (64, 66) der zweiten Wand (18) befindet, wobei die Wandhöhe (H) des ersten Wandabschnitts geringer ist als die Wandhöhe (H) des zweiten Wandabschnitts (64, 66).
Scrollpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die maximale Höhendifferenz der ersten Wandhöhe (H) 0,05 bis 0,5%, vorzugsweise 0,1 bis 0,3%, insbesondere vorzugsweise 0,15 bis 0,25%, der maximalen ersten Wandhöhe (H) beträgt; und/oder dass die maximale Höhendifferenz der zweiten Wandhöhe (H) 0,05 bis 0,5%, vorzugsweise 0,1 bis 0,3%, insbesondere vorzugsweise 0,15 bis 0,25%, der maximalen zweiten Wandhöhe (H) beträgt.
Scrollpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Wand (16) an einer ersten Trägerplatte (14) mit einer ersten Oberfläche vorgesehen ist, wobei sich die erste Wandhöhe (H) von der ersten Oberfläche der ersten Trägerplatte (14) bis zum freien Ende (52) der ersten Wand (16) erstreckt; und/oder dass

die zweite Wand (18) an einer zweiten Trägerplatte (20) mit einer zweiten Oberfläche vorgesehen ist, wobei sich die zweite Wandhöhe (H) von der zweiten Oberfläche der zweiten Trägerplatte (20) bis zum freien Ende (50) der zweiten Wand (18) erstreckt.
Scrollpumpe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Oberfläche eine erste Eintiefung (70) mit einer ersten Tiefe (T1) ausbildet, die in radialer Richtung zunimmt; und/oder die zweite Oberfläche eine zweite Eintiefung (72) mit einer zweiten Tiefe (T2) ausbildet, die in radialer Richtung zunimmt.
Scrollpumpe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite Tiefe (T1, T2) in radialer Richtung kontinuierlich oder stufenweise zunimmt.
Scrollpumpe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Oberfläche mehrere konzentrisch zueinander gelegene erste Kreisringflächen (74) umfasst, zwischen denen jeweilige erste Tiefensprünge vorliegen; und/oder

die zweite Oberfläche mehrere konzentrisch zueinander gelegene zweite Kreisringflächen (74) umfasst, zwischen denen jeweilige zweite Tiefensprünge vorliegen.
Scrollpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Wandabschnitte (62, 64, 64) der ersten Wand (16) der Anzahl an zweiten Kreisringflächen (74) entspricht, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass sich die zweiten Tiefensprünge in radialer Richtung dort befinden, wo sich die Wandhöhe (H) der ersten Wand (16) sprunghaft verändert; und/oder

die Anzahl der Wandabschnitte (62, 64, 64) der zweiten Wand (18) der Anzahl an ersten Kreisringflächen (74) entspricht, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass sich die ersten Tiefensprünge in radialer Richtung dort befinden, wo sich die Wandhöhe (H) der zweiten Wand (16) sprunghaft verändert.