DE10353034A1

DE10353034A1 - Mehrstufige Reibungsvakuumpumpe

Info

Publication number: DE10353034A1
Application number: DE10353034A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Engländer
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-09
Also published as: JP2007510853A; EP1706645A1; DE502004008709D1; CN100453817C; EP1706645B1; CN1878962A; CA2545566A1; US20070081889A1; WO2005047707A1

Abstract

Eine mehrstufige Reibungsvakuumpumpe, die mindestens eine Turboverdichterstufe (11) aufweist, ist druckseitig von der Turboverdichterstufe mit einer Zirkularverdichterstufe (33) versehen. Diese hat geringe axiale Abmessungen. Durch sie wird die Kompression vergrößert, ohne dass der Platzbedarf wesentlich erhöht wäre.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Reibungsvakuumpumpe mit mindestens einer axial verdichtenden Turboverdichterstufe, die einen um seine Achse rotierenden Rotor mit zwischen feststehende Statorscheiben ragenden Rotorscheiben aufweist.
Turbomolekularpumpen gehören zur Gruppe der Reibungsvakuumpumpen, mit denen ein Hochvakuum erzeugt werden kann, beispielsweise für Rezipienten für die Halbleiterherstellung oder auch für Massenspektrometer. Eine mehrstufige Reibungsvakuumpumpe, die in DE 100 04 271 A1 (Leybold Vakuum GmbH) beschrieben ist, weist eine oder mehrere Turboverdichterstufen auf, die jeweils aus einem Rotor mit radial abstehenden Rotorscheiben und einem Stator mit radial abstehenden Statorscheiben bestehen. Die Rotorscheiben und Statorscheiben greifen mit geringem Abstand kammartig ineinander. Sie bewirken eine Molekularströmung axial zur Rotorachse. Zusätzlich zu der Turboverdichterstufe kann eine Zirkularverdichterstufe vorgesehen sein, die einen Rotor mit auf Kreisbahnen angeordneten axial abstehenden Rotorschaufeln und einen Stator mit auf Kreisbahnen angeordneten axial abstehenden Statorschaufeln aufweist. Rotorschaufeln und Statorschaufeln greifen abwechselnd ineinander und bewirken eine Molekularströmung, die je nach Drehrichtung des Rotors und Anstellwinkel der Schaufeln entweder radial nach innen oder radial nach außen gerichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrstufige Reibungsvakuumpumpe mit mindestens einer Turboverdichterstufe zu schaffen, bei der die Stufen im Strömungsweg seriell angeordnet sind, und die eine erhöhte Kompression liefern soll.

Die mehrstufige Reibungsvakuumpumpe nach der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Die Vakuumpumpe enthält eine Turboverdichterstufe und eine im Strömungsweg nachgeschaltete Zirkularverdichterstufe. Während die Turboverdichterstufe geeignet ist, ein Hochvakuum zu erzeugen, dient die nachgeordnete Zirkularverdichterstufe dazu, eine Druckerhöhung zu bewirken. Folglich kann die Zirkularverdichterstufe wegen des durch die Kompression reduzierten Gasvolumens geringe Abmessungen haben. Die Zirkularverdichterstufe hat eine geringe axiale Erstreckung, weil sie hauptsächlich in radialer Richtung durchströmt wird. Die Gesamtabmessungen der Reibungspumpe werden durch die Zirkularverdichterstufe nicht wesentlich vergrößert, jedoch wird die Verdichtung gegenüber einstufigen Reibungsvakuumpumpen deutlich erhöht. Die erfindungsgemäße Kombination aus einer vorgeordneten Turboverdichterstufe und einer nachgeordneten Zirkularverdichterstufe bie tet den Vorteil eines geringen Platzbedarfes bei hoher Kompressionsleistung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Turboverdichterstufe und die Zirkularverdichterstufe in eine gemeinsame Kombination aus Rotor und Stator integriert. Dies bedeutet, dass die Rotoren beider Verdichterstufen aus einem einzigen Gesamtrotor bestehen und dass die Statoren beider Verdichterstufen ebenfalls aus einem einzigen Gesamt-Stator bestehen. Auf diese Weise können die Abmessungen und das Gewicht weiter verringert werden.

Die erfindungsgemäße Reibungsvakuumpumpe ist vorzugsweise als Multiple-Inlet-Pumpe ausgebildet. Sie weist mindestens zwei axial beabstandete, in Reihe verdichtende Turboverdichterstufen auf, zwischen denen sich ein Zwischeneinlass befindet. An der Verdichterseite der ersten Turboverdichterstufe und/oder der zweiten Turboverdichterstufe ist eine Zirkularverdichterstufe angeordnet. Eine derartige Pumpe eignet sich insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Massenspektrometern. Durch den erhöhten Gasfluss am Zwischeneinlass, an den die Analyseeinrichtung des Massenspektrometers angeschlossen ist, wird der Gasfluss am Zwischeneinlass erhöht, ohne negativen Einfluss auf den Druck am Hochvakuumeinlass. Die Erhöhung des Gasflusses am Zwischeneinlass bedeutet für das Massenspektrometer eine Erhöhung der Empfindlichkeit.

Als Zirkularverdichterstufen können je nach Verdichtungsverhältnis unterschiedliche Typen und Konstruktionen benutzt werden, wie sie in DE 100 04 271 A1 beschrieben sind.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Diese Ausfüh rungsbeispiele sind nicht so zu verstehen, dass dadurch der Schutzbereich der Erfindung eingeschränkt wird. Dieser bestimmt sich vielmehr nach den Patentansprüchen, einschließlich der Äquivalente.

Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine Reibungsvakuumpumpe nach der Erfindung,

2 eine Ansicht der Zirkularverdichterstufe,

3 und 4 Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Zirkularverdichterstufen.

Die in 1 dargestellte Reibungsvakuumpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, das im Wesentlichen zylindrisch gestaltet ist und an einem Ende einen Hochvakuumanschluss HV hat. In der Gehäusewand befindet sich ein Zwischeneinlass ZE1, der seitlich offen ist. Der Zwischeneinlass ZE1 ist durch Stege 18 überbrückt, die die Statorteile miteinander verbinden.

In dem vorderen Teil 10a des Gehäuses 10 befindet sich eine erste Turboverdichterstufe 11 aus einem Stator 12 und einem Rotor 13. Der Stator 12 weist mehrere von einer Umfangswand 14 radial nach innen gerichtete Statorscheiben 15 auf. Der Rotor 13 weist mehrere zwischen die Statorscheiben 15 ragende radial nach außen abstehende Rotorscheiben 16 auf. Der Rotor 13 wird von einem Antrieb 17, der einen schnelllaufenden Elektromotor enthält, mit einer Drehzahl von 30.000 bis 60.000 U/min. angetrieben.

Eine zweite Turboverdichterstufe 21 ist verdichterseitig von der ersten Turboverdichterstufe 11 angeordnet und einlassseitig mit dem Zwischeneinlass ZE1 verbunden. Die Turboverdichterstufe 21 besteht aus einem Stator 22 und einem Rotor 23. Der Stator 22 weist mehrere von einer Umfangswand 22 radial nach innen gerichtete Statorscheiben 25 auf. Der Rotor 23 weist mehrere zwischen die Statorscheiben 25 ragende radial nach außen abstehende Rotorscheiben 26 auf. Die Rotoren 13 und 23 sind fest miteinander verbunden und werden von dem Antrieb 17 gemeinsam angetrieben.

An die zweite Turboverdichterstufe 21 schließt sich in dem Gehäuse 10 eine weitere Verdichterstufe 30 an, die zusätzlich mit einem Zwischeneinlass ZE2 verbunden ist. Die Verdichterstufe 30 ist beispielsweise eine Holweckstufe oder eine andere Molekularpumpe, beispielsweise eine Gaede-, Siegbahn-, Engländer- oder Seitenkanalpumpe.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Anschluss an die erste Turboverdichterstufe 11 eine Zirkularverdichterstufe 33 vorgesehen. Diese weist eine Rotorscheibe 34 auf, die Bestandteil des Rotors 13 der Turboverdichterstufe 11 ist, und eine Statorscheibe 32, die Bestandteil des Stators 12 ist. Die Rotorscheibe 34 weist Rotorschaufeln 35 auf, die auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind und die Statorscheibe 32 weist Statorschaufeln 36 auf, die ebenfalls auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind und in die Lücken zwischen den Rotorkreisen eingreifen, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Statorschaufeln und Rotorschaufeln haben gegensinnige Schrägstellun gen in Bezug auf die Radialrichtung. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors fördert die Zirkularverdichterstufe 33 entweder radial nach außen oder radial nach innen. Die Förderrichtung ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Pfeil 37 bezeichnet. Der Gastransport geht von dem Hochvakuumeinlass HV durch die Turboverdichterstufe 11 und von deren Umfang radial nach innen durch die Zirkularverdichterstufe 33 und von dort durch einen Spalt 38 zum Zwischeneinlass ZE1. Vom Zwischeneinlass ZE1 fördert die Turboverdichterstufe 21 das Gas zu der Verdichterstufe 30. In die Verdichterstufe 30 mündet auch der zweite Zwischeneinlass ZE2. Die Verdichterstufe 30 fördert zu einem (nicht dargestellten) Auslass.

Eine der Rotorscheiben 16 der Turboverdichterstufe 11 ist die Trägerscheibe für die Rotorschaufeln der Zirkularverdichterstufe 33. Die Statorscheibe der Zirkularverdichterstufe bildet zugleich die Abschlusswand für das druckseitige Ende der Turboverdichterstufe 11.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Zirkularverdichterstufe 33 in die Turboverdichterstufe 11 gewissermaßen integriert ist. Der einzige zusätzlich erforderliche Aufwand besteht in den Rotor- und Statorschaufeln 35, 36, die an Rotor und Stator der Turboverdichterstufe zusätzlich vorgesehen sind.

Alternativ zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Zirkularverdichterstufe 33 auch hinter der zweiten Turboverdichterstufe 21 vorgesehen sein. Durch die druckseitig von der jeweiligen Turboverdichterstufe vorgesehene und in die Turboverdichterstufe integrierte Zirkularverdichterstufe wird der Gasfluss auf der Druckseite erhöht. Für ein angeschlossenes Massenspektrometer bedeutet dies eine Erhöhung der Empfindlichkeit.

3 zeigt den Gasfluss 40 durch die Zirkularverdichterstufe 33 radial von außen nach innen.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 ist die Schaufelfläche der Rotorscheibe 34 kegelförmig. Die Rotorschaufeln 35 haben eine axiale Länge, die sich mit kleiner werdendem Radius der Kreisbahn verringert.

Es ist auch möglich, eine Zirkularverdichterstufe mit mehreren Scheiben und abwechselnd nach außen und nach innen gerichteten Strömungsverläufen zu verwenden wie sie generell die 7 von DE 100 04 271 A1 darstellt.

Claims

Mehrstufige Reibungsvakuumpumpe mit mindestens einer axial verdichtenden Turboverdichterstufe (11, 21), die einen um seine Achse rotierenden Rotor (13) mit zwischen feststehenden Statorscheiben (15) ragenden Rotorscheiben (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verdichterseite der Turboverdichterstufe (11) eine radial verdichtende Zirkularverdichterstufe (33) angeordnet ist, die einen Rotor (34) mit auf Kreisbahnen angeordneten axial abstehenden Rotorschaufeln (35) und einen Stator (39) mit auf Kreisbahnen angeordneten axial abstehenden Statorschaufeln (36) aufweist.
Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (35) der Zirkularverdichterstufe an einem die Rotorscheiben (16) tragenden Rotorkörper der Turboverdichterstufe (11) angeordnet sind.
Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Statorschaufeln (36) an einem die Statorscheiben (15) tragenden Statorkörper der Turboverdichterstufe (11) angeordnet sind.
Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–3, als Multiple-Inlet-Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei axial beabstandete, in Reihe verdichtende Turboverdichterstufen (11, 21) vorgesehen sind, zwischen denen sich ein Zwischeneinlass (ZE1) befindet, und dass eine Zirkularverdichterstufe (33) an der Verdichterseite der ersten Turboverdichterstufe (11) angeordnet ist.
Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–3, als Multiple-Inlet-Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei axial beabstandete, in Reihe verdichtende Turboverdichterstufen (11, 21) vorgesehen sind, zwischen denen sich ein Zwischeneinlass (ZE1) befindet, und dass eine Zirkularverdichterstufe (33) an der Verdichterseite der zweiten Turboverdichterstufe (21) angeordnet ist.
Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkularverdichterstufe (33) radial einwärts verdichtet.
Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkularverdichterstufe (33) mindestens zweistufig ausgebildet ist und abwechselnd radial einwärts und radial auswärts (oder in umgekehrter Reihenfolge) verdichtet.
Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (35) eine axiale Länge haben, die sich in Verdichtungsrichtung verjüngt.