DE3402549C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Molekularvakuumpumpe, die aus einer Turbomolekularpumpe als Hochvakuumpumpe und einer Vorvakuum­ pumpe gebildet ist.

Eine Molekularpumpe dieser Art ist aus der DE-OS 24 12 624 bekannt. Sie ist hochvakuumseitig als Turbomolekularvakuumpumpe und vorvakuumseitig als Gewindepumpe ausgebildet.

Turbomolekularvakuumpumpen weisen als pumpaktive Flächen inein­ andergreifende Stator- und Rotorschaufelreihen auf und haben den Nachteil, daß eine sichere und wirkungsvolle Arbeitsweise grund­ sätzlich nur dann gewährleistet ist, wenn vorvakuumseitig ein Druck von 10^-2 bis 10^-3 mbar herrscht. Dieses erfordert einen relativ großen Aufwand für die Erzeugung des Vorvakuums. Dieses gilt insbesondere dann, wenn zur Erzeugung des Vorvakuums eine Gewindepumpe dient, da Gewindepumpen ein geringes Saugvermögen haben und wegen der notwendigen, extrem kleinen Spalte zwischen den stehenden und den beweglichen Flächen schwierig herzustellen sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Molekularvakuumpumpe der eingangs genannten Art den Aufwand für die Erzeugung des Vorvakuums zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer hochvakuumseitig als Turbo­ molekularvakuumpumpe ausgebildeten Molekularvakuumpumpe dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der vorvakuum­ seitigen pumpaktiven Flächen als Ringscheibe mit kanal­ artigen, die Scheibenebene schräg durchsetzenden Öffnungen ausgebildet ist. In dieser Weise können Stator und Rotor allein oder auch beide gestaltet sein. Zweckmäßig ist es, die erfindungsgemäße Gestaltung der pumpaktiven Flächen dort vorzunehmen, wo die molekularen Strömungseigenschaften der zu pumpenden Gase nicht mehr gegeben sind, d. h. dort, wo die mittlere freie Weglänge der Moleküle des gepumpten Gases klein gegenüber dem Schaufelabstand geworden ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die radialen Strömungen im Schaufelzwischenraum herabgesetzt und durch den langen und flachen Einströmungsweg der Gase eine bessere Wechselwirkung mit dem vom Rotor erzeugten Gas­ strömungsprofil erreicht. Ein derartiges Gasführungs­ system ist bezüglich des Zusammenwirkens der jeweils gegenüberliegenden Flächen mit den Reibungsmolekularpumpen vergleichbar, kann aber wesentlich größere Gasmengen fördern. Insgesamt ergibt sich dadurch eine erhebliche Verbesserung des Kompressionsvermögens im vorvakuumseitigen Abschnitt der Pumpe, so daß der Vorvakuumdruck wesentlich höher sein kann. Der Aufwand für Einrichtungen zur Erzeu­ gung des Vorvakuums kann dadurch entsprechend reduziert werden.

Die Erfindung soll anhand von in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Schnittes durch eine erfin­ dungsgemäß ausgebildete Molekularvakuumpumpe, welche aus dem Gehäuse 1, dem Stator 2 und dem Rotor 3 besteht. Das Gehäuse 1 ist hochvakuumseitig mit dem Flansch 4 ausge­ rüstet, an den ein nicht dargestellter Rezipient anschließ­ bar ist, in dem das Hochvakuum mittels der dargestellten Turbomolekularvakuumpumpe erzeugt werden soll. Vorvakuum­ seitig ist das Gehäuse mit einem Anschlußstutzen 5 ausge­ rüstet, an den die ebenfalls nicht dargestellte Vorvakuum­ pumpe angeschlossen wird. Der Stator 2 umfaßt hochvakuum­ seitig Schaufelringe 6 und vorvakuumseitig erfindungsgemäß gestaltete Ringscheiben 7, die jeweils von Abstandsringen auf Distanz gehalten werden. Die Schaufelringe 6 und die Ringscheiben 7 umfassen jeweils einen Abschnitt 8 bzw. 9, der sich zwischen den Abstandsringen befindet. Die Ab­ schnitte 8 der Schaufelringe 6 weisen nach innen gerichtete Schaufeln 11 auf. In die infolge der Abstandsringe gebilde­ ten Räume zwischen diesen Schaufeln 11 greifen die mit dem Rotor 3 verbundenen Schaufeln 12 ein und bilden gemeinsam mit den Statorschaufeln 11 die hochvakuumseitig gelegene, als Turbomolekularvakuumpumpe ausgebildete Pumpstufe.

Die Abschnitte 9 der vorvakuumseitig gelegenen Ringschei­ ben 7 setzen sich nach innen mit ihren pumpaktiven Flächen 13 fort, welche kanalartig gestaltete, die Ring­ scheiben 7 schräg durchsetzende, im folgenden näher beschriebene Öffnungen 14 aufweisen. Die Scheiben­ abschnitte 13 mit den Öffnungen 14 bilden zusammen mit den Schaufeln 12 des Rotors die vorvakuumseitig gelegene Pumpstufe. Im Rahmen der Erfindung können in diesem Bereich auch die Schaufeln 12 des Rotors 3 durch pumpaktive Flächen ersetzt sein, die wie die pumpaktiven Flächen des Stators 2 - also als Ringscheiben mit diese schräg durch­ setzenden Öffnungen - gestaltet sein können.

Natürlich können auch die pumpaktiven Flächen des Rotors in dieser Weise gestaltet sein (vgl. die Rotor­ ringscheibe 12′ in Fig. 1).

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Gestaltungsmöglich­ keit für die Öffnungen 14 (oder auch 14′). Sie sind düsen­ ähnlich gestaltet. Auch diese Form kann durch Stanzen mit entsprechend ausgebildeten Stanzwerkzeugen realisiert werden.

Beim Erfindungsgegenstand können die pumpaktiven Flächen des Rotors 3 von üblichen Schaufelreihen (Schaufeln 12) gebildet werden. Zweckmäßig ist jedoch auch im Vorvakuum­ bereich, Ringscheiben 12′ zu verwenden, die den Öffnungen 14 der Statorringscheiben 13 entsprechende Öff­ nungen 14′ aufweisen. Lediglich beispielsweise ist eine solche Rotorringscheibe 12′ in Fig. 1 dargestellt. In bezug auf die Gestaltung der Öffnungen 14′ wird auf die folgenden Beschreibungen zu den Fig. 3 und 6 hinge­ wiesen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Teil einer Ringscheibe 7 mit ihren Ringabschnitten 9 und 13 in Draufsicht und in Seitenansicht, abgewickelt. Der Ringabschnitt 13 ist mit den die Ebene der Ringscheibe 7 schräg durchsetzenden Öffnun­ gen 14 ausgerüstet. Zweckmäßigerweise erfolgt die Herstellung dieser Öffnungen 14 in der Weise, daß der in Fig. 2 jeweils gestrichelt dargestellte Bereich - bezogen auf die Zeichnungsebene - nach unten und der ausgezogen darge­ stellte Bereich nach oben aus der Scheibe 7 derart hinaus­ gedrückt wird, daß die Öffnung 14 mit einer schräg zur Scheibenebene verlaufenden Achse 15 entsteht. Die Achsen 15 bilden mit der Ebene der Ringscheibe 7 einen Winkel α (Fig. 3), dessen Größe zweckmäßigerweise zwischen 5° und 40° liegt. Hinsichtlich der Wahl dieses Anstell­ winkels α gilt etwas Ähnliches wie hinsichtlich der Anstell­ winkel von Schaufelreihen. Je näher die Öffnungen 14 zur Vorvakuumseite liegen, desto kleiner sollte der Anstell­ winkel α sein.

Aus der Draufsicht (Fig. 2) ist ersichtlich, daß die Pro­ jektionen der Achsen 15 auf die Scheibenebene jeweils tangential verlaufen, d. h., daß die Ebenen der Öffnungen 14 im wesentlichen radial liegen. Die Dreh­ richtung der unmittelbar benachbarten pumpaktiven Flächen des Rotors, die als Schaufeln 12 ausgebildet sein oder auch die beschriebenen kanalartigen Öffnungen aufweisen können, ist durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Eine Rotorring­ scheibe 7′ mit kanalartigen Öffnungen 14′ ist zusätzlich in Fig. 3 dargestellt. Die Neigung der Achse 15′, d. h. der Anstellwinkel α, entspricht den Werten der benachbarten Statorringscheibe 7. Die Förderrichtung ist durch den Pfeil 17 gekennzeichnet.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Achsen 15 der kanalartigen Öffnungen 14 nicht mehr tangential verlaufen. Ihre Projektion auf die Ebene der Scheibe 7 bildet mit den jeweiligen Tangenten, die durch die jeweiligen Schnittpunkte der Achse 15 mit der Scheibenebene verlaufen, einen Winkel β, derart, daß die Achsen 15 - in Drehrichtung der benachbarten pumpaktiven Flächen des Rotors gesehen - von außen nach innen verlaufen. Die Größe des Winkels β kann zwischen 0 und 40° liegen; vorzugsweise beträgt sie 25°. Auch die pumpaktiven Flächen des Rotors können in dieser Weise gestaltet sein. Die Richtungen der Achsen 15 (bzw. 15′) müssen dann der Gasströmung entsprechen und bei den Statorscheiben 7 nach innen, bei den Rotorscheiben 7′ nach außen weisen.

Die beschriebenen kanalartigen Öffnungen 14 können durch Stanzen einer vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Ring­ scheibe 7 gebildet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 sind sie so getroffen, daß die Öffnungen 14 einen im wesentlichen runden Querschnitt haben.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind Öffnungen 14 gewählt, die eine von der Kreisform in Richtung auf eine quadratische oder rechteckige Form abweichende Öffnung 14 zeigen. Desweiteren sind insgesamt drei konzentrische Reihen 18, 19, 20 auf dem Ringabschnitt 13 vorgesehen. Jeweils abwechselnd folgt einem Paar nebeneinanderliegender Öffnungen 14 eine in der dazwischenliegenden Reihe 19 lie­ gende Einzelöffnung. Die Breite der Öffnungen 14 ist so gewählt, daß sie kleiner als die Hälfte der Breite des Ringscheibenabschnittes 13 ist. Die Breite der innenliegen­ den Reihe von Öffnungen 14 beträgt etwa 1/4 der Breite des Ringscheibenabschnittes 13. Außerdem sind die innenliegenden Öffnungen 14 so gestaltet, daß sie seitlich zur Innenseite hin offen sind. Die Zuordnung der Öffnungen 14 zueinander ist anhand ihrer Achsen 15, die aus seitlicher Sicht auf den drei abgewickelten Kreisreihen nochmals dargestellt sind, ersichtlich.

Claims (13)

1. Molekularvakuumpumpe, die aus einer Turbomolekularpumpe als Hochvakuumpumpe und einer Vorvakuumpumpe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der vorvakuumseitigen pumpaktiven Flächen als Ringscheiben (7) mit kanalartigen, die Scheibenebene schräg durchsetzenden Öffnungen (14, 14′) ausgebildet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf den Übergang der molekularen Strömung zur laminaren Strömung folgenden pumpaktiven Flächen als Ringscheiben (7) gestaltet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent, daß die pumpaktiven Flächen des vorvakuumseitigen Bereichs des Rotors (3) und des Stators (2) als Ringscheiben (7) gestaltet sind.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (15, 15′) der kanalartigen Öffnungen (14, 14′) mit der Scheibenebene einen Winke1 zwischen 5° und 40° bilden.

5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen der Achsen (15, 15′) der Scheibenöffnungen (14, 14′) auf die Scheibenebene im Durchstoßpunkt tangential verlaufen.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion der Achsen (15, 15′) der Öffnungen (14, 14′) auf die Scheibenebene mit der Tangente im Durchstoß­ punkt den Winkel β bilden mit 0°<β40°.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achsenrichtungen der Gasströ­ mungsrichtung entsprechen und bei den Statorscheiben (7) nach innen, bei den Rotorscheiben (7′) hingegen nach außen weisen.

8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Ringscheibenabschnitte (13, 13′) im wesentlichen der Länge der Schaufeln (12) der hoch­ vakuumseitig gelegenen Stufen der Turbomolekular­ vakuumpumpe entspricht und daß die Breite der kanal­ artigen Öffnungen (14, 14′) etwa 1/2 bis 1/5 der Ring­ scheibenbreite beträgt.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei oder mehr konzentrische Reihen (18, 19, 20) von kanalartigen Öffnungen (14, 14′) vorgesehen sind.

10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang der Ringscheibe eine kanalartige Öffnung und ein Paar kanalartige Öffnungen alternierend hintereinander angeordnet sind.

11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Öffnungen (14) zur Innenseite und der Öff­ nungen (14′) zur Außenseite hin seitlich offen sind.

12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartigen Öffnungen (14, 14′) durch Stanzen herge­ stellt sind.

13. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (14, 14′) bezüglich der Achsen (15, 15′) düsenähnlich ausgebildet sind.