WO2010072568A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

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WO2010072568A1
WO2010072568A1 PCT/EP2009/066741 EP2009066741W WO2010072568A1 WO 2010072568 A1 WO2010072568 A1 WO 2010072568A1 EP 2009066741 W EP2009066741 W EP 2009066741W WO 2010072568 A1 WO2010072568 A1 WO 2010072568A1
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WO
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vacuum pump
conveying
conveying elements
pump according
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/066741
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Beyer
Peter Klingner
Hans Kriechel
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Priority to EP09768063A priority Critical patent/EP2368043A1/de
Priority to JP2011542754A priority patent/JP5579196B2/ja
Publication of WO2010072568A1 publication Critical patent/WO2010072568A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168—Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044—Holweck-type pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a Hoiweck vacuum pump.
  • Vacuum pumps have a rotor element arranged in a pump housing.
  • the rotor element has a tubular, arranged concentrically to the rotor shaft conveyor element.
  • the conveying element is surrounded by a stator element, in which a helical channel is formed. Due to the rotation of the conveying element takes place due to the transport mechanism of Reibungsvakuumpumpen entrainment of the gas molecules to be delivered.
  • the pointing in the direction of the stator element side of the conveying element transmits due to the rotational momentum pulses on the individual gas molecules.
  • the performance of such a friction vacuum pump is essentially dependent on the relative speed between the friction surfaces and on the type of gas to be delivered.
  • a specially designed Holweck vacuum pump is described in DE 196 32 375.
  • the rotor element of the Holweck vacuum pump described herein has a disk-shaped retaining member connected to the rotor shaft. Concentric with the rotor shaft, a plurality of tubular conveying elements are surrounded by the holding element. Adjacent conveying elements thus form an annular channel. Stator elements are arranged in these channels.
  • Each stator element has a cylindrical, parallel to the conveyor elements extending, self-contained wall. On both sides of the wall, a helical web is arranged in each case, so that each stator element forms two helical conveying channels. Between two adjacent tubular conveying elements thus two conveying channels are formed.
  • a side wall of the conveying channel is always formed by the conveying element and the other three side walls of the conveying channel through the stator.
  • the object of the invention is to simplify the construction of a vacuum pump, in particular a Holweck vacuum pump, in particular to enable a more cost-effective production and / or to increase the delivery rate.
  • the vacuum pump according to the invention which is in particular a Holweck vacuum pump, has a rotor element arranged in a pump housing, which is preferably carried by a rotor shaft.
  • the rotor element has at least two conveying elements, which are arranged concentrically with each other in a first preferred embodiment of the invention and tubular. In this embodiment, it is particularly preferred that the tubular conveying elements are also arranged concentrically to the rotor shaft.
  • the conveying of the gas takes place here by the occurring at the side surfaces of the conveying elements friction, wherein the conveying elements exert pulses on the gas particles.
  • a stator element is formed between two adjacent conveying elements.
  • the stator element has a helical channel through which the medium is conveyed in the conveying direction. The conveying of the medium takes place by a Retativterrorism _ "5 _
  • stator element between the stator element and the rotor element or the conveying elements of the rotor element.
  • a rotation of the rotor element which is connected to a rotor shaft.
  • stator and the rotor element are preferably rotated in the opposite direction.
  • the stator element has a single helical conveying channel.
  • stator element in contrast to DE 196 32 375, not two but a single conveying channel are arranged between two adjacent conveying elements in the radial direction.
  • the stator element thus has no central tubular wall which carries helical webs.
  • the stator element according to the invention is a preferably flat, helical band which is self-supporting. Possibly. At most Stabiimaschinesstege are provided by which, however, no separation into two separate channels.
  • a single helical channel is thus arranged in the radial direction between two adjacent conveyor elements.
  • the two radial channel side surfaces are thus formed by two adjacent conveyor elements.
  • the channel width in the radial direction thus preferably corresponds substantially to the distance between two adjacent conveying elements.
  • the embodiment of the conveying channels according to the invention has a higher conveying capacity, if so the other boundary conditions are identical. This can be seen from a comparison of the principles of FIGS. 1 and 2.
  • a delivery channel 10 is formed by a stator element 12, wherein three side surfaces 14, 16, 18 are formed by the stationary stator element.
  • the fourth channel inner side 20 is formed by the rotating, tubular conveying element 22.
  • the velocity distribution v shown in principle under the sketch thus results.
  • the velocity distribution is substantially linear, as shown in the diagram
  • two concentric tubular conveying elements 24 are provided. Between the two conveying elements 24, the helical stator element 26 is arranged. A conveying channel 28 is thus formed on the one hand by the two stationary inner walls 30 of the stator element 26 and the two moving inner walls 32 of the conveying elements 24. As shown in the diagram in FIG. 2, the velocity distribution v perpendicular to the drawing plane is such that the velocity at the two inner walls 32 is maximum. In a simplified way, the velocity distribution is again linear, so that the area under the curve, in simplified terms, is twice as large as the area under the velocity distribution according to the prior art.
  • the rotor element has a particular disk-shaped, connected to the rotor shaft holding member.
  • the at least two tubular conveying elements are connected to the holding element.
  • the retaining element it is preferable for the retaining element to have, in particular, annular projections onto which the conveying elements can be plugged or inserted.
  • the connection can be made by a press fit, gluing or dgi.
  • the conveying elements are arranged only on one side of the holding element, wherein it is particularly preferred that the holding element is arranged in the conveying direction in front of the conveying elements.
  • the holding element can additionally have rotor blades, through which the gas to be pumped is conveyed in the direction of the conveyor elements.
  • an additional conveying channel is arranged between an outer conveying element and an inner wall of the pump housing.
  • the corresponding additional stator element may be directly connected to the pump housing or formed integrally with the pump housing.
  • the inner conveyor element can be replaced directly by the outside of the rotor shaft.
  • the conveyor elements and / or the holding element ie preferably the entire rotor element, are made of a light and at the same time high-strength material.
  • the components are made from plastic, preferably from CFRP. - S -
  • the production costs can be significantly reduced.
  • the use of such lightweight components has the advantage that the moment of inertia occurring are considerably lower.
  • the construction of the bearings, which are in particular magnetic bearings, can thus be simplified. This results in a further cost reduction.
  • disc-shaped conveying elements are provided instead of tubular conveying elements. These at least two disk-shaped conveying elements are preferably arranged substantially parallel to one another and extend in a particularly preferred embodiment substantially radially to the rotor shaft.
  • a stator element is arranged between two adjacent conveying elements, which has a single helical channel, which in turn can be designed to be more continuous.
  • the conveying principle corresponds to the conveying principle described with reference to the first embodiment, wherein the conveying of the gas takes place essentially in the radial direction.
  • the rotor shaft has a preferably axially extending conveyor channel or is formed as a hollow shaft.
  • the conveying of the gas can take place, for example, such that the gas is sucked in through the channel formed by the rotor shaft and transported radially outwardly through the spiral channels arranged between adjacent conveying elements.
  • a reverse conveying direction is possible.
  • the gas it is possible, for example, for the gas to be conveyed from adjacent delivery channels, in particular alternately radially inwards and outwards, so that a serpentine-line delivery stream is formed in cross-section.
  • the conveying of the fluid is effected due to the relative movement between the rotor element and the stator element.
  • this is the relative movement between the conveying elements of the rotor element relative to the Statoreiernent.
  • the stator element is stationary or stationary, so that only a driving of the rotor element takes place via the rotor shaft.
  • both the rotor elements and the stator elements can be driven and, for example, to be connected to a corresponding drive shaft.
  • By oppositely rotating the Rotoreiemente to the Statoreiementen creates a relative movement through which the fluid is conveyed.
  • Fig. 1 is a schematic schematic representation of a detail of a
  • Fig. 2 is a schematic schematic representation of a detail of a
  • Vacuum pump according to a first preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic, perspective sectional view of a Holweck
  • Stage of a vacuum pump according to the invention according to the first preferred embodiment of the invention is a schematic perspective view of a Statoreiements according to the first preferred embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a second preferred embodiment
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of a spiral-shaped
  • the rotor element designed according to the invention is arranged.
  • This has a substantially disk-shaped holding element 36.
  • the holding element 36 is connected via a central pin 38 with a rotor shaft, not shown.
  • the center line 58 of the rotor shaft is shown.
  • the inner region of the disk-shaped holding element 36 is designed as a closed disk 40. This is followed by radially extending rotor blades 42.
  • annular projections 46 Arranged on an underside of the holding element 36, which faces in a conveying direction 44, are annular projections 46, which are preferably formed integrally with the holding element 36.
  • the stator elements 26 are, as can be seen in particular from FIG. 4, formed in a screw-like manner. This may be a single helical element or a plurality of helical elements arranged one inside the other.
  • a Statorelements 26 has a total of five interlocking, each formed as a part-helical element Statorteiie 52. Between each adjacent stator 52, a helical channel is formed in each case, wherein the provision of a plurality of interlocking stator 52 are provided a plurality of conveying channels in the conveying direction or axially parallel to each other. The operation of the individual delivery channels 28 is shown in FIG. 2.
  • the stator element 26 shown in FIG. 4 thus has a plurality of conveying channels 28 running parallel to one another in the axial direction or in the conveying direction 44. In the radial direction, however, no intersection of the delivery channels 28 is provided, so that, as described with reference to FIG. 2, a significantly larger, substantially double delivery volume can be achieved.
  • an additional delivery channel 48 is provided between the outer delivery element 24 and the pump housing 34. This is formed by a likewise helically formed additional stator element 50, wherein the additional stator 50 in the illustrated istsbeispie! is fixedly connected to an inner wall 54 of the housing or formed integrally with the housing 34.
  • the conveyed through the individual conveyor channels 28, 48 medium is ejected through openings 56 and fed to another conveyor stage. It is also possible to provide for adjacent conveyor channels 28, 48 common ejection openings.
  • FIG. 5 in principle the conveying principle according to the invention explained with reference to FIG. 2 is also realized.
  • the conveying of the gas relative to a longitudinal axis 58 of a rotor shaft 60, takes place in the radial direction.
  • a rotor groove 60 formed as a hollow shaft in the illustrated embodiment is arranged.
  • the conveying elements 64 surrounding the rotor shaft 60 can in this case be fixed by means of lugs 66, which are of annular design and are connected to an outer side of the hollow shaft 60. Between two adjacent disc-shaped conveying elements 64 of the conveying channel 28 is formed.
  • a Statoreiement 68 is arranged within the conveying channel 28 .
  • this is not helical but spiral-shaped, so that the channel is also helical and extends radially.
  • the gas is thus within the channel 28 in the embodiment shown in Fig. 5 spiral, for example, from the inside out, promoted.
  • the medium to be conveyed is drawn through an inlet opening 70 of the housing 62 in the direction of an arrow 72, so that the medium enters an internal space 74 of the hollow shaft 60. From the interior 74, the gas through openings 76 in the hollow shaft 60, as shown by the arrows, conveyed into the channels 28. Through an outlet opening 78 of the housing, an ejection of the gas takes place in the direction of an arrow 81,
  • inner walls 80 of the housing 62 are in the illustrated embodiment, in particular fixed to the housing 62 connected or integrally formed therewith additional stator 82, so that also takes place between the two outer disc-shaped conveying elements 64 and the inner wall 80 of the housing 62, a conveying of the gas ,
  • the hollow shaft 60 is supported by a shaft 86 connected to a drive device 84.
  • the stator element 68 is formed spirally. As a result, by the stator element 68, a single, in Fig. 5, for example, from the inside to the outside extending channel may be formed. It is also possible to form the spiral stator element 68, as illustrated schematically in FIG. 6 as a sectional view.
  • the spiral-shaped stator element 68 shown here is designed to be more continuous, wherein in the embodiment shown, three channels 88 are formed, which run parallel to one another.
  • the channel inlets are arranged regularly in the illustrated embodiment, the Kanaleiniässe are offset at three channels in each case by 120 ° to each other.

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Abstract

Eine Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Holweck-Vakuumpumpe handelt, weist ein Pumpengehäuse (34) auf, in dem ein Rotorelement (24, 36) angeordnet ist. Das Rotorelement weist mindestens zwei zueinander konzentrisch angeordnete, rohrförmige Förderelemente (24) auf, die mit einem scheibenförmigen Halteelement (36) verbunden sind. Zwischen zwei benachbarten Förderelementen (24) ist ein Statorelement (26) angeordnet. Erfindungsgemäß ist durch das Statorelement ein einziger schraubenlinienförmiger Kanal (28) ausgebildet.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Hoiweck- Vakuumpumpe.
Vakuumpumpen weisen ein in einem Pumpengehäuse angeordnetes Rotorelement auf. Bei einer Holweck-Vakuumpumpe weist beispielsweise das Rotorelement ein rohrförmiges, konzentrisch zur Rotorwelle angeordnetes Förderelement auf. Das Förderelement ist von einem Statorelement umgeben, in dem ein schraubenlinienförmiger Kanal ausgebildet ist. Aufgrund der Rotation des Förderelements erfolgt aufgrund des Transportmechanismus von Reibungsvakuumpumpen eine Mitnahme der zu fördernden Gasmolekύle. Die in Richtung des Statorelements weisende Seite des Förderelements überträgt aufgrund der Drehbewegung Impulse auf den einzelnen Gasmolekülen. Die Leistung einer derartigen Reibungs-Vakuumpumpe ist im Wesentlichen von der Relativgeschwindigkeit zwischen den Reibflächen sowie von der zu fördernden Gasart abhängig.
Eine besonders ausgestaltete Holweck-Vakuumpumpe ist in DE 196 32 375 beschrieben. Das Rotorelement der hierin beschriebenen Holweck- Vakuumpumpe weist ein scheibenförmiges, mit der Rotorwelle verbundenes Halteelement auf. Konzentrisch zu der Rotorwelle sind mit dem Halteelement mehrere rohrförmige Förderelemente umgeben. Benachbarte Förderelemente bilden somit einen kreisringförmigen Kanal. In diesen Kanäien sind Statorelemente angeordnet. Jedes Statorelement weist eine zylindrische, parallel zu den Förderelementen verlaufende, in sich geschlossene Wand auf. Auf beiden Seiten der Wand ist jeweils ein schraubenlinienförmiger Steg angeordnet, so dass jedes Statorelement zwei schraubenünienförmsge Förderkanäle ausbildet. Zwischen zwei benachbarten rohrförmigen Förderelementen sind somit zwei Förderkanäle ausgebildet. Hierbei ist eine Seitenwand des Förderkanals stets durch das Förderelement und die anderen drei Seitenwände des Förderkanals durch das Statorelement ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Holweck-Vakuumpumpe zu vereinfachen, insbesondere eine kostengünstigere Herstellung zu ermöglichen und/ oder die Förderleistung zu erhöhen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Holweck-Vakuumpumpe handelt, weist ein in einem Pumpengehäuse angeordnetes Rotorelement auf, das vorzugsweise von einer Rotorwelle getragen ist. Das Rotorelement weist mindestens zwei Förderelemente auf, die in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zueinander konzentrisch angeordnet und rohrförmig ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, dass die rohrförmigen Förderelemente auch konzentrisch zur Rotorwelle angeordnet sind. Das Fördern des Gases erfolgt hierbei durch die an den Seitenflächen der Förderelemente auftretende Reibung, wobei die Förderelemente auf die Gasteilchen Impulse ausüben. Zwischen zwei benachbarten Förderelementen ist ein Statorelement ausgebildet Das Statorelement weist einen schraubenlinienförmigen Kanal auf, durch den das Medium in Förderrichtung gefördert wird. Das Fördern des Mediums erfolgt durch eine Retativbewegung _ "5 _
zwischen dem Statorelement und dem Rotoreiement bzw, den Förderelementen des Rotorelements. Hierbei erfolgt üblicherweise ein Drehen des Rotorelements, das mit einer Rotorwelle verbunden ist. Ebenso kann jedoch auch ein Drehen des Statorelements erfofgen, wobei es insbesondere auch möglich ist, dass sowohl das Statorelement als auch das Rotorelement vorzugsweise in entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
Erfindungsgemäß weist das Statorelement einen einzigen schraubenlinienförmigen Förderkanal auf.
Es sind somit im Unterschied zu DE 196 32 375 zwischen zwei benachbarten Förderelementen in radialer Richtung nicht zwei sondern ein einziger Förderkanal angeordnet. Das Statorelement weist somit keine zentrale rohrförmige Wand auf, die schraubenlinienförmige Stege trägt. Im Unterschied hierzu handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Statorelement um ein vorzugsweise flaches, schraubenlinienförmiges Band, das selbsttragend ist. Ggf. sind allenfalls Stabiiisierungsstege vorgesehen, durch die jedoch keine Trennung in zwei gesonderte Kanäle erfolgt.
Erfindungsgemäß ist somit in radialer Richtung zwischen zwei benachbarten Fördereiementen ein einziger schraubenlinienförmiger Kanal angeordnet. In Förderrichtung bzw. in axialer Richtung ist es möglich, mehrere parallel zueinander verlaufende Kanäle vorzusehen, so dass schraubenlinienförmige, mehrgängige Kanäle vorgesehen sind.
Vorzugsweise sind die beiden radialen Kanalseitenflächen somit durch zwei benachbarte Fördereiemente ausgebildet. Die Kanalbreite in radialer Richtung entspricht somit vorzugsweise im Wesentlichen dem Abstand zwischen zwei benachbarten Förderelementen.
Bei gleicher Querschnittsfläche der Förderkanäie weist die erfjndungεgemäße Ausgestaltung der Förderkanäle eine höhere Förderleistung auf, sofern auch die übrigen Randbedingungen identisch sind. Dies ist aus einem Vergleich der Prinzipsktzzen gemäß Fig. 1 und 2 ersichtlich.
Gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1) ist ein Förderkanal 10 durch ein Statorelement 12 ausgebildet, wobei drei Seitenflächen 14, 16, 18 durch das stationäre Statorelement ausgebildet sind. Die vierte Kanaiinnenseite 20 ist durch das rotierende, rohrförmige Förderelement 22 ausgebildet. Senkrecht zur Zeichenebene ergibt sich somit die unter der Skizze prinzipiell dargestellte Geschwindigkeitsverteilung v. In vereinfachter Betrachtungsweise, d.h. ohne Berücksichtigung der „slip flow"-Bedingung, ist die Geschwindigkeitsverteiluπg, wie in dem Diagramm dargestellt, im Wesentlichen linear. Die Geschwindigkeit ist an der Innenseite 16 des Förderkanals null und an der Innenseite 20 des Förderelements 22 maximal. Diese entspricht im Wesentlichen der tangentialen Geschwindigkeit des rotierenden Förderelements 22, Unter der Voraussetzung, dass die Kompression K=I ist, ist das geförderte Gasvolumen proportional zu der Fläche und dem Integral über der Geschwindigkeit.
Gemäß der ersten bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind zwei zueinander konzentrische, rohrförmige Förderelemente 24 vorgesehen. Zwischen den beiden Förderelementen 24 ist das schraubenlinienförmϊge Statorelement 26 angeordnet. Ein Förderkanal 28 ist somit einerseits durch die beiden stationären Innenwände 30 des Statorelements 26 und die beiden sich bewegenden Innenwände 32 der Förderelemente 24 ausgebildet. Wie in dem Diagramm in Fig. 2 dargestellt, ist die Geschwindigkettsverteilung v senkrecht zur Zeichenebene derart, dass die Geschwindigkeit an den beiden Innenwänden 32 maximal ist. In vereinfachter Betrachtungsweise ist die Geschwindigkeitsverteilung wiederum linear, so dass die Fläche unter der Kurve, vereinfacht ausgedrückt, doppelt so groß ist wie die Fläche unter der Geεchwindigkeitsverteilung gemäß dem Stand der Technik.
Gestrichelt dargestellt sind in den beiden Diagrammen die etwas weniger vereinfachten Geschwindigkeitsverläufe. Hieraus ist jedoch ersichtlich, dass das Fördervolumen (Fläche unter der Kurve) bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung (Fig. 2) erheblich größer ist als bei der Ausgestaltung nach dem Stand der Technik (Fig. 1),
In bevorzugter Weiterbildung weist das Rotorelement ein insbesondere scheibenförmiges, mit der Rotorwelle verbundenes Halteelement auf. Mit dem Halteelement sind die mindestens zwei rohrförmigen Förderelemente verbunden. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Halteelement insbesondere ringförmige Ansätze aufweist, auf die die Fördereiemente aufsteckbar bzw. einsteckbar sind. Die Verbindung kann hierbei durch eine Presspassung, Verkleben oder dgi, erfolgen.
Vorzugsweise sind die Förderelemente nur auf einer Seite des Halteeiements angeordnet, wobei es besonders bevorzugt ist, dass das Halteelement in Förderrichtung vor den Förderelementen angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Halteelement zusätzlich Rotorflügel aufweisen kann, durch die das zu pumpende Gas in Richtung der Fördereiemente gefördert wird.
Um eine möglichst kompakte Vakuumpumpe realisieren zu können, ist es vorteilhaft, dass ein Zusatz-Förderkanal zwischen einem äußeren Förderelement und einer Innenwand des Pumpengehäuses angeordnet ist. Hierbei kann das entsprechende Zusatz-Statorelement unmittelbar mit dem Pumpengehäuse verbunden oder einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet sein.
Ferner kann das innere Förderelement unmittelbar durch die Außenseite der Rotorwelle ersetzt werden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform sind die Fördereiemente und/ oder das Halteelement, d.h. vorzugsweise das gesamte Rotorelement, aus einem leichten und gleichzeitig hochfesten Werkstoff hergestellt. Insbesondere ist es möglich, die Bauteile aus Kunststoff, vorzugsweise aus CFK herzustellen. - S -
Hierdurch können die Herstellungskosten erheblich reduziert werden. Ferner hat das Verwenden derart leichter Bauteile den Vorteil, dass die auftretenden Trägheitsmomente erheblich geringer sind. Die Konstruktion der Lager, bei denen es sich insbesondere um Magnetlager handelt, kann somit vereinfacht werden. Dies hat eine weitere Kostenreduzierung zur Folge.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführuπgsforrn der Erfindung sind anstelle von rohrförmigen Förderelementen scheibenförmige Förderelemente vorgesehen. Diese mindestens zwei scheibenförmig ausgebildeten Förderelemente sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und verlaufen in besonders bevorzugter Ausfuhrungsform im Wesentlichen radial zur Rotorwelle. Entsprechend der ersten bevorzugten Ausfuhrungsform ist zwischen zwei benachbarten Förderelementen ein Statorelement angeordnet, das einen einzigen schraubenlinienförmigen Kanal aufweist, der wiederum mehrgängig ausgebildet sein kann. Das Förderprinzip entspricht dem anhand der ersten Ausführungsform beschriebenen Förderprinzip, wobei das Fördern des Gases im Wesentlichen in radialer Richtung erfolgt. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Rotorwelle einen vorzugsweise axial verlaufenden Förderkanal aufweist bzw. ais Hohlwelle ausgebildet ist. Das Fördern des Gases kann hierbei beispielsweise derart erfolgen, dass das Gas durch den durch die Rotorwelle ausgebildeten Kanal angesaugt und durch die zwischen benachbarten Förderelementen angeordneten spiralförmigen Kanäle radial nach außen transportiert wird. Ebenso ist auch eine umgekehrte Förderrichtung möglich. Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, dass das Gas von benachbarten Förderkanälen, insbesondere abwechselnd radial nach innen und außen gefördert wird, so dass im Querschnitt ein schlangenlinienförmtger Förderstrom ausgebildet ist.
Das Fördern des Fluids, bei dem es sich üblicherweise um ein gasförmiges Fluid handelt, wird aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement bewirkt. Insbesondere handelt es sich hierbei um die Relativbewegung zwischen den Förderelementen des Rotorelements relativ zu dem Statoreiernent. In bevorzugter Ausführungsform ist das Statorelement ortsfest bzw. stationär, so dass ausschließlich ein Antreiben des Rotorelements über die Rotorwelle erfolgt.
Es ist jedoch auch möglich, das in den vorstehend beschriebenen Auεführungsformen als Rotorelement beschriebene Bauteil stationär bzw. ortsfest auszugestalten und das die schraubenlinienförmigen oder spiralförmigen Kanäle ausbildende Statorelement anzutreiben, indem es beispielsweise mit einer Antriebswelle verbunden ist.
Ferner ist es möglich, dass sowohl die Rotorelemente als auch die Statorelemente angetrieben sind und beispielsweise mit einer entsprechenden Antriebswelle verbunden sind. Durch gegenläufiges Drehen der Rotoreiemente zu den Statoreiementen entsteht eine Relativbewegung, durch die das Fluid gefördert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle schematische Darstellung eines Ausschnitts einer
Vakuumpumpe nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine prinzipielle schematische Darstellung eines Ausschnitts einer
Vakuumpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführuπgsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische, perspektivische Schnittansicht einer Holweck-
Stufe einer erfindungεgemäß ausgebildeten Vakuumpumpe gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Statoreiements gemäß der ersten bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines spiralförmig ausgebildeten
Statoreiements.
In einem Pumpengehäuse 34 (Fig. 3) ist das erfindungsgemäß ausgebildete Rotorelement angeordnet. Dieses weist ein im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildetes Halteelement 36 auf. Das Halteelement 36 ist über einen zentralen Zapfen 38 mit einer nicht dargestellten Rotorwelle verbunden. Zur Verdeutlichung ist die Mittellinie 58 der Rotorwelle dargestellt. Der innere Bereich des scheibenförmigen Halteelements 36 ist als geschlossene Scheibe 40 ausgebildet. Hieran schließen sich radial verlaufende Rotorflügel 42 an. An einer in eine Förderrichtung 44 weisenden Unterseite des Halteelements 36 sind ringförmig ausgebildete Ansätze 46 angeordnet, die vorzugsweise einstückig mit dem Haiteelement 36 ausgebildet sind.
Mit den ringförmigen Ansätzen 46 sind durch Aufstecken im dargestellten Ausführungsbeispiel drei rohrförmige bzw. kreisrϊngzylindrisch ausgebildete Förderelemente 24 fest verbunden. Ein Drehen des Halteelements 36 bewirkt somit ebenfalls ein Drehen der rohrförrnigen Förderelemente 24. Zwischen zwei benachbarten Förderelementen 24 ist jeweils ein erfindungsgemäß ausgebildetes Statorelement 26 angeordnet, wobei im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel zwei Statorelemente 26 vorgesehen sind.
Die Statorelemente 26 sind, wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, schraubeniinienförmig ausgebildet. Hierbei kann es sich um ein einziges schraubenlinienförmiges Element oder mehrere ineinander angeordnete schraubenlinienförmige Elemente handeln. Das in Fig. 4 dargestellte _ Q _
Ausfuhrungsbeispie! eines Statorelements 26 weist insgesamt fünf ineinander greifende, jeweils als teil-schraubenlinienförmiges Element ausgebildete Statorteiie 52 auf. Zwischen einzelnen benachbarten Statorteilen 52 ist jeweils ein schraubenlinienförmiger Kanal ausgebildet, wobei beim Vorsehen mehrerer ineinander greifender Statorteile 52 mehrere in Förderrichtung bzw. axial parallel zueinander verlaufende Förderkanäle vorgesehen sind. Die Funktionsweise der einzelnen Förderkanäle 28 ist aus Fig. 2 ersichtlich.
Das in Fig. 4 dargestellte Statorelement 26 weist somit mehrere in axialer bzw. in Förderrichtung 44 parallel zueinander verlaufende Förderkanäle 28 auf. In radialer Richtung ist jedoch keine Überschneidung der Förderkanäle 28 vorgesehen, so dass, wie anhand Fig. 2 beschrieben, ein erheblich größeres, im Wesentlichen doppeltes Fördervolumen erzielt werden kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) ist zwischen dem äußeren Förderelement 24 und dem Pumpengehäuse 34 ein Zusatz-Förderkanal 48 vorgesehen. Dieser ist durch ein ebenfalls schraubenlinäenförmig ausgebildetes Zusatz-Statorelement 50 ausgebildet, wobei das Zusatz-Statorelement 50 im dargestellten Ausführungsbeispie! fest mit einer Innenwand 54 des Gehäuses verbunden oder einstückig mit dem Gehäuse 34 ausgebildet ist.
Das durch die einzelnen Förderkanäle 28, 48 geförderte Medium wird durch Öffnungen 56 ausgestoßen bzw, einer weiteren Förderstufe zugeführt. Ebenso ist es möglich, für benachbarte Förderkanäle 28, 48 gemeinsame Ausstoßöffnungen vorzusehen.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform (Fig. 5) ist prinzipiell ebenfalls das anhand von Fig. 2 erläuterte erfindungsgemäße Förderprinzip realisiert. Allerdings erfolgt das Fördern des Gases, bezogen auf eine Längsachse 58 einer Rotorwelle 60, in radialer Richtung. Innerhalb eines schematisch dargestellten Gehäuses 62 ist eine im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel als Hohlwelle ausgebildete Rotorweüe 60 angeordnet. Mit der Hohlwelle 60 sind scheibenförmig ausgebildete Fördereiemente 64 verbunden. Die die Rotorwelle 60 umgebenden Förderelemente 64 können hierbei über Ansätze 66, die ringförmig ausgebildet und mit einer Außenseite der Hohlwelle 60 verbunden sind, fixiert sein. Zwischen zwei benachbarten scheibenförmigen Förderelementen 64 ist der Förderkanal 28 ausgebildet. Innerhalb des Förderkanals 28 ist ein Statoreiement 68 angeordnet. Dieses ist in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (Fig. 5) nicht Schraubenlinien- sondern spiralförmig ausgebildet, so dass auch der Kanal spiralförmig ausgebildet ist und radial verläuft. Das Gas wird somit innerhalb des Kanals 28 bei der in Fig. 5 dargestellten Ausfuhrungsform spiralförmig, beispielsweise von innen nach außen, gefördert.
In der in Fig. 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt ein Ansaugen des zu fördernden Mediums durch eine Einlassöffnung 70 des Gehäuses 62 in Richtung eines Pfeils 72, so dass das Medium in einen Inneπraum 74 der Hohlwelle 60 gelangt. Aus dem Innenraum 74 wird das Gas durch Öffnungen 76 in der Hohlwelle 60, wie durch die Pfeile dargestellt, in die Kanäle 28 gefördert. Durch eine Auslassöffnung 78 des Gehäuses erfolgt ein Ausstoßen des Gases in Richtung eines Pfeils 81,
An Innenwänden 80 des Gehäuses 62 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere fest mit dem Gehäuse 62 verbundene oder einstückig mit diesem ausgebildete Zusatz-Statorelemente 82 ausgebildet, so dass auch zwischen den beiden äußeren scheibenförmigen Förderelementen 64 und der Innenwand 80 des Gehäuses 62 ein Fördern des Gases erfolgt.
Die Hohlwelle 60 ist von einem mit einer Antriebseinrichtung 84 verbundenen Wellenzapfen 86 getragen. Das Statorelement 68 ist spiralförmig ausgebildet. Hierdurch kann durch das Statorelement 68 ein einzelner, sich in Fig. 5 beispielsweise von innen nach außen erstreckender Kanal ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, das spiralförmige Statoreiement 68, wie schematisch in Fig. 6 als Schnittansicht dargestellt, auszubilden. Das hier dargestellte, spiralförmig ausgebildete Statorelement 68 ist mehrgängig ausgebildet, wobei im dargestellten Ausfϋhrungsbeispiel drei Kanäle 88 ausgebildet sind, die parallel zueinander verlaufen. Die Kanaleinlässe sind im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel regelmäßig angeordnet, wobei die Kanaleiniässe bei drei Kanälen jeweils um 120° zueinander versetzt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe, insbesondere Holweck-Vakuumpumpe, mit
einem in einem Pumpengehäuse (34, 62) angeordneten mit einer Rotorwelle (58) verbundenen Rotorelement (36, 24, 64), das mindestens zwei Förderelemente (24, 64) aufweist, und
einem zwischen zwei benachbarten Förderelementen (24, 64) angeordneten Statorelement (26, 68),
wobei das Statorelement (26, 68) einen einzigen schraubenliπienförmigen oder spiralförmigen Kanal (28) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Rotorwelle (58) als Hohlweile (60) ausgebildet ist, so dass das zu fördernde Gas zumindest teilweise durch die Hohlwelle (60) gefördert wird.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (64) scheibenförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (64) im Wesentlichen radial zur Rotorwelle (58) verlaufen. , Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axialen Kanalseitenflächen (65) des spiralförmigen Kanals (28) durch zwei benachbarte Förderelemente (64) ausgebildet sind. , Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbreite dem Abstand zweier benachbarter Förderelemente (24, 64) entspricht. , Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (36) ein insbesondere scheibenförmig ausgebildetes, mit der Rotorwelle verbundenes Halteelement (36) aufweist, mit dem die Förderelemente (24) verbunden sind. , Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) insbesondere ringförmige Ansätze (46) aufweist, mit denen die Förderelemente (24) durch Ein- oder Aufstecken verbunden sind, , Vakuumpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) in Förderrichtung (44) vor den Förderelementen (24) angeordnet ist und vorzugsweise Rotorflugel (42) zum Fördern eines Gases in Richtung der Förderelemente (24) aufweist.
9. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordnete Förderelemente (24) vorgesehen sind, wobei zwischen den Förderelementen (24) jeweils ein Statoreiement (26) mit jeweils einem einzigen schraubenlinienförmigen Förderkanal (28) angeordnet ist.
10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Zusatz-Förderkanai (48), der zwischen einem äußeren Förderelement (24) und einer Innenwand (54) des Pumpengehäuses (34) angeordnet ist, wobei das entsprechende Zusatz-Statorelement (50) vorzugsweise mit dem Pumpengehäuse (34) verbunden ist.
11. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) und/ oder die Förderelemente (24) und/ oder die Hohlwelle (60) aus CFK hergestellt sind.
12. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Statoreiement (26, 68) einen einzigen mehrgängigen, schraubenlinienförmigen oder spiralförmigen Kanal (28) aufweist.
13. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fördern des Fördermediums in dem Kanal (28) aufgrund einer Relativbewegung zwischen Rotorelement (36, 24, 64) und Statorelement (26, 68) erfolgt.
14. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement von einer vorzugsweise von einem Elektromotor angetriebenen Rotorwelle (58) getragen ist und das Statorelement (26, 68) vorzugsweise ortsfest ist.
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