DE19937392A1 - Reibungsvakuumpumpe mit pumpaktiven Elementen - Google Patents
Reibungsvakuumpumpe mit pumpaktiven ElementenInfo
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- F04D19/00—Axial-flow pumps
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- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe (1) mit pumpaktiven Elementen, die in einen Schöpfraum (25) im in Richtung Pumpenauslass (23) abnehmenden Querschnitt hineinragen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen bestehen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum (25) zugewandten Ringflächen befestigt sind; um die Pumpeneigenschaften zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Form von zumindest einem Teil der Ringflächen der Abnahme des Förderquerschnittes des Schöpfraumes (25) angepasst ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe
mit pumpaktiven Elementen, die in einen Schöpfraum mit
in Richtung Pumpenauslass abnehmendem Querschnitt hin
einragen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen beste
hen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum zugewandten
Ringflächen befestigt sind.
Bei Reibungsvakuumpumpen dieser Art, wie sie z. B. aus
der DE-A-44 38 812 bekannt sind, nimmt der kreisring
förmige Querschnitt des Schöpfraumes vom Einlass zum
Auslass stufenförmig ab. Die im Bereich der Stator- und
Rotorschaufeln geförderten Gase haben ein molekulares
Strömungsverhalten. Die der Einlassseite zugewandten
Ringflächen der Stufen stellen deshalb Stoßflächen dar,
die den Anteil derjenigen Moleküle erhöhen, die eine
entgegen der Förderrichtung gerichtete Bewegungskompo
nente haben. Diese Stoßflächen beeinträchtigen die Lei
stungsdaten der Reibungsvakuumpumpe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
die Pumpeigenschaften (Saugvermögen, Kompressionen) ei
ner Reibungsvakuumpumpe der eingangs genannten Art zu
verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich
nenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Infolge der Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maß
nahmen wird eine maßgebliche Reduzierung solcher Stoß
flächen erreicht, die den auftreffenden Molekülen nach
ihrem Aufprall eine Bewegungskomponente geben, die der
gewünschten Förderrichtung entgegen gerichtet ist.
Üblicherweise sind die Rotorschaufel bzw. Rotorschau
felreihen Bestandteile des im wesentlichen einstückig
ausgebildeten Rotors, der bei der Pumpe nach dem Stand
der Technik eine gestufte zylindrische Rotoraußenfläche
hat. Die Erfindung wird dadurch realisiert, dass die
Form der dem Schöpfraum zugewandten Rotoraußenfläche
dem abnehmendem Querschnitt des Schöpfraumes angepasst
ist. Dieses gilt zweckmäßig nicht nur für die Ringflä
chen, die die Rotorschaufeln tragen, sondern auch für
die ringförmigen Rotoraußenflächen, die sich zwischen
den Rotorschaufelreihen erstrecken. Um eine effektive
Pumpwirkung zu erreichen, sind die Stirnseiten der Sta
torschaufeln, die sich bis zur Rotoraußenfläche er
strecken, der besonderen Form der Rotoraußenfläche an
gepasst.
Zweckmäßig sind die Statorschaufelreihen Bestandteil
von Statorringen (oder Statorhalbringen), die aus zwei
zentrischen Ringen (oder Ringhälften) bestehen, zwi
schen denen sich die Schaufeln erstrecken. Die beiden
Ringe weisen jeweils einander zugewandte Ringflächen
auf, die die dazwischen befindlichen Schaufeln tragen.
Zweckmäßig sind diese Ringflächen derart geneigt ge
staltet, dass das gewünschte Ziel - Anpassung an den
abnehmenden Förderquerschnitt in Richtung Auslass - er
reicht wird.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei einer Rei
bungspumpe angewendet werden, bei der einer ersten
hochvakuumseitigen Turbomolekularpumpstufe eine zweite
vorvakuumseitig gelegene Molekularpumpstufe folgt. Bei
Reibungspumpen dieser Art ist der Übergang von der Tur
bomolekularpumpstufe zur Molekularpumpstufe bzw. von
molekularer zu viskoser Strömung kritisch. Durch die
Anwendung der Erfindung im Bereich der vorvakuumseiti
gen Schaufelreihe (Füllstufe) wird nicht nur ein effek
tiv wirkender Förderkanal verwirklicht; die Erfindung
erlaubt es auch, den Förderkanal radial umzulenken, was
notwendig ist, wenn z. B. der Ringkanal der Molekular
pumpstufe einen größeren Durchmesser hat als der Außen
durchmesser des Schöpfraumes der Turbomolekularpumpstu
fe.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen
anhand von in den Fig. 1 bis 10 erläutert werden. Es
zeigen
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Reibungsvaku
umpumpe nach der Erfindung,
Fig. 2 die Ansicht einer inneren Ringfläche ei
nes Statorschaufelringes,
Fig. 3 und 4 Schnitte durch den Schaufelring
nach Fig. 2 mit unterschiedlichen Gestaltun
gen der inneren Ringfläche und der Schaufeln,
Fig. 5 eine weitere Ausführung für eine Stator
schaufelreihe,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Statorhalbring
mit einem äußeren und einem inneren Ring sowie
Fig. 7 bis 10 Schnitte durch den Statorhalbring
nach Fig. 3 mit unterschiedlich gestalteten,
die Schaufeln tragenden Ringflächen.
Die in Fig. 1 dargestellte Reibungsvakuumpumpe 1 um
fasst ein Basisteil 2, ein Gehäuse 3, einen Stator 4
und einen Rotor 5. Die Achse der Pumpe ist mit 6 be
zeichnet. Einlassseitig (Einlass 7) ist die Pumpe 1 mit
einer Turbomolekularpumpstufe ausgerüstet, die einander
abwechselnde Rotorschaufelreihen 8 bis 12 und Stator
schaufelreihen 14 bis 18 umfasst. An die Turbomoleku
larpumpstufe schließt sich eine Molekularpumpstufe an,
die aus einem rotierenden Rohrabschnitt 21 und einem
statorseitigen Gewinde 22 (Holweckpumpe) besteht. Je
nach dem, ob der Förderkanal der Molekularpumpstufe am
unteren Ende des Rotorabschnittes 21 endet oder sich
auf seiner Rückseite fortsetzt, ist der Auslass 23 der
Pumpe 1 unterschiedlich angeordnet (Pfeile 23, 23').
Die Rotorschaufelreihen 8 bis 12 sind Bestandteile des
einstückig ausgebildeten Rotors 5. Umlaufende Ringflä
chen tragen jeweils die Schaufeln der jeweiligen Schau
felreihen. Die Statorschaufelreihen 14 bis 18 weisen
jeweils äußere, in Querschnitt etwa rechteckförmige
Ringe auf, die zusammen mit Distanzringen 24 den vom
Gehäuse 3 zentrierten Stator 4 bilden.
Der Schöpfraum der Reibungspumpe 1 ist mit 25 bezeich
net. Vom Einlass 7 bis zum unteren Ende des Rohrab
schnittes 21 nimmt sein ringförmiger Querschnitt ab.
Um im Bereich der Turbomolekularpumpstufe die bisherige
stufenförmige Abnahme des Schöpfraumquerschnittes durch
eine mehr oder weniger kontinuierliche Abnahme zu er
setzen, werden nach der Erfindung die Rotoraußenfläche
und/oder die Statorinnenfläche modifiziert. Dazu gibt
es verschiedene Möglichkeiten, von denen einige in den
Fig. 1 bis 10 dargestellt sind.
Bei den Rotorschaufelreihen 8, 11 und 12 handelt es
sich um Lösungen nach dem Stand der Technik. Die Ring
flächen des Rotors, welche die Rotorschaufeln tragen,
sind zylindrisch; die äußeren Stirnseiten der Rotor
schaufeln liegen ebenfalls auf einer Zylinderfläche.
In Höhe der Rotorschaufelreihen 9 und 10 hat die Rotor
außenseite eine der Abnahme des Schöpfraumquerschnittes
entsprechende konische Form. Diese Form hat auch die
Ringfläche der Rotoraußenseite, die sich in Höhe der
Statorschaufelreihe 14 befindet.
Die Fig. 2 bis 5 lassen verschiedene Varianten von
Statorschaufelringen erkennen, die aus einem äußeren
Ring und jeweils den davon getragenen Schaufelreihen
bestehen. Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Innenfläche
des äußeren Ringes (Abwicklung), aus der die Schaufeln
hervorragen.
Fig. 3 zeigt eine Lösung nach dem Stand der Technik.
Die Innenseite der Ringfläche 31 des äußeren Ringes 32
ist zylindrisch. Dieses gilt auch für die Lage der in
neren Stirnflächen 33 der Schaufeln 34.
Die Fig. 4a und 4b zeigen Ausführungen, bei denen
die Innenfläche 35 des äußeren Ringes 36 eine konische
Form hat. Dieses gilt auch für die Stirnseiten 37 der
Schaufeln 38, die der konischen Form der Rotoraußensei
te angepasst sind. Durch unterschiedliche Neigungswin
kel kann erreicht werden, dass der Schöpfraum 25 einen
kontinuierlich abnehmenden Förderquerschnitt hat.
Unterschiedlich zwischen den Ausführungen nach den
Fig. 4a und 4b ist, dass bei der Ausführung nach Fig. 4a
der Radius des Förderquerschnittes zunimmt, während
er bei der Lösung nach Fig. 4b abnimmt.
Um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, ist eine
streng kontinuierliche Abnahme des Förderquerschnittes
nicht unbedingt erforderlich. Wesentlich ist die Ver
meidung von der Förderrichtung zugewandten Stoßflächen
für die Moleküle. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel
für einen Statorschaufelring mit Statorschaufelreihe 41
und äußerem Tragring 42, dessen radiale Abmessung in
Förderrichtung diskontinuierlich abnimmt. Maßgebend ist
die Gestaltung der Innenfläche 43, die einlassseitig
Zylinderform hat und auslassseitig mit einer etwa der
Form eines Viertelkreises entsprechenden Aussparung 44
ausgerüstet ist. Wie beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 4a liegen die Stirnseiten 45 der Schaufeln der
Schaufelreihe 41 ebenfalls auf einer Konusfläche, die
der Rotoraußenseite angepasst ist.
Fig. 6 zeigt einen Statorhalbring mit einem äußeren
Ring 51 und einem inneren Ring 52, zwischen denen sich
eine Schaufelreihe befindet.
Die vergrößerte Schnittdarstellung nach Fig. 7 zeigt
eine Lösung nach dem Stand der Technik. Die Innenfläche
53 des Außenringes 51 sowie die Außenfläche 54 des In
nenringes 52, welche die Schaufelreihe 55 tragen, sind
zylindrisch.
Die Lösung nach Fig. 8 weist einen Außenring 56 mit
zylindrischer Innenfläche 57 sowie einen Innenring 58
mit konischer Außenfläche 59 auf. Die dazwischen be
findliche Schaufelreihe ist mit 60 bezeichnet. Diese
Gestaltung entspricht der Gestaltung der Statorschau
felringe 15, 16 und 17 der Reibungsvakuumpumpe 1 nach
Fig. 1.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Lösungen, die - wie die
Ausführungen nach den Fig. 4a, 4b und 5 - neben der
Erwirkung der gewünschten Abnahme des Förderquerschnit
tes des Schöpfraumes 25 auch eine radiale Umlenkung des
Förderstromes ermöglichen, so dass sie als Füllstufen
für die Molekularpumpstufe besonders geeignet sind. So
wohl die Innenfläche 61 des Außenringes 62 als auch die
Außenfläche 63 des Innenringes 64, welche die Schaufel
reihe 65 tragen, sind geneigt, und zwar derart, dass
der Förderstrom radial nach innen gelenkt wird.
Bei der Ausführung nach Fig. 10 sind die Innenfläche
6b des Außenringes 67 sowie die Außenfläche 68 des In
nenringes 69 im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 9
in anderer Richtung geneigt, so dass eine Umlenkung des
Förderstromes radial nach außen eintritt. Diese Ausfüh
rung entspricht der Gestaltung der Schaufelreihe 18 in
der Pumpe 1 nach Fig. 1.
Claims (11)
1. Reibungsvakuumpumpe (1) mit pumpaktiven Elementen,
die in einen Schöpfraum (25) im in Richtung Pum
penauslass (23) abnehmenden Querschnitt hineinra
gen und aus Stator- und Rotorschaufelreihen beste
hen, wobei die Schaufeln an dem Schöpfraum (25)
zugewandten Ringflächen befestigt sind, dadurch
gekennzeichnet, dass die Form von zumindest einem
Teil der Ringflächen der Abnahme des Förderquer
schnittes des Schöpfraumes (25) angepasst ist.
2. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die der Abnahme des Förderquer
schnittes angepassten Ringflächen eine in Bezug
auf die Achse der Pumpe (1) konische Form haben.
3. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Ro
torschaufelreihen des Rotors (5) und/oder zwischen
den Statorschaufelreihen des Stators (4) erstrec
kende Ringflächen ebenfalls der Abnahme des För
derquerschnittes angepasst sind.
4. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, dass die Statorschaufelringe
einen äusseren Ring aufweisen, der die Stator
schaufeln trägt.
5. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass die innere Ringfläche dieser
Ringe der Abnahme des Förderquerschnittes ange
passt ist.
6. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, da
durch gekennzeichnet, dass die inneren Stirnseiten
der Schaufeln der Statorschaufelreihen der Neigung
der Rotoraussenfläche angepasst sind.
7. Reibungsvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äusse
ren Stirnseiten der Schaufeln der Rotorschaufel
reihen der Neigung der Statorinnenfläche angepasst
sind.
8. Reibungsvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1, 2
oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator
schaufelringe einen äusseren und einen inneren
Ring aufweisen, zwischen denen sich die Schaufeln
befinden.
9. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Innenfläche des äusseren
Ringes und/oder die äussere Fläche des Innenringes
der Abnahme des Förderquerschnittes angepasst
sind.
10. Reibungsvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an
die Turbomolekularpumpstufe eine Molekularpump
stufe anschließt.
11. Reibungsvakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Molekularpumpstufe eine
Füllstufe zugeordnet ist, die aus einem Stator
schaufelring nach den Ansprüchen 8 oder 9 besteht.
Priority Applications (4)
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