DE19942410A1 - Vakuumpumpe - Google Patents
VakuumpumpeInfo
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- 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
- F04D19/046—Combinations of two or more different types of pumps
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Vakuumpumpe, bestehend aus mehreren Pumpeinheiten (14, 16, 18). Mindestens eine der Pumpeinheiten besteht aus parallel geschalteten Molekularpumpstufen (16a) nach der Bauart von Gaede. Dabei kann eine solche Pumpeinheit aus mehreren Untereinheiten (16a, 16b, 16c) zusammengesetzt sein, welche aus jeweils einzelnen (16c) oder parallel geschalteten (16a, 16b) Gaedepumpstufen bestehen. Die hochvakuumseitige Pumpeinheit (14) kann beispielsweise als Turbomolekularpumpe und die der Seite mit hohem Druck zugewandte Pumpeinheit (18) als Seitenkanalpumpe ausgebildet sein.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe zur Förderung von Gasen und zur Erzeu
gung von Hochvakuum nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.
Zur Erzeugung von Hochvakuum sind Kombinationen von verschiedenen Typen von
Vakuumpumpen notwendig, da der weite Druckbereich zwischen Atmosphärendruck
und Hochvakuumdruck mehrere Strömungsgebiete umfasst, in denen die physikali
schen Eigenschaften von Zuständen und Strömungen der Gase jeweils anderen Ge
setzen unterworfen sind.
Seither wurden zur Erzeugung von Hochvakuum mindestens zwei Vakuumpumpen
unterschiedlicher Bauart und Arbeitsweise zu einem Pumpstand zusammengefügt.
Bewährt haben sich zum Beispiel Pumpstände, bestehend aus einer Turbomoleku
larpumpe als Hochvakuumpumpe und einer Drehschieberpumpe, welche gegen At
mosphärendruck ausstößt. Pumpstände, bestehend aus mindestens zwei Vakuum
pumpen, welche zum Erzielen der geforderten vakuumtechnischen Größen, wie
Druckverhältnis und Saugvermögen notwendig sind, weisen den Nachteil auf, dass
sie aufwendig sind und einen großen Platzbedarf haben. Jede Pumpe erfordert ein
eigenes Antriebssystem mit Stromversorgung, -überwachung und -regelung sowie
ein eigenes Lagersystem. Verbindungsleitungen zwischen den Pumpen mit Ventilen
und Regeleinrichtungen vergrößern den Aufwand.
Besonders geeignet zur Erzeugung von Hoch- und Ultrahochvakuum zum Einsatz in
weiten Gebieten der Technik sind Turbomolekularpumpen. Ihr Einsatzgebiet ist je
doch nach höheren Drücken hin begrenzt, da sie aufgrund ihrer Arbeitsweise nur bei
niedrigen Drücken bis etwa 10-3 mbar voll wirksam sind.
Im hohen Druckbereich bis hin zu Atmosphärendruck können Seitenkanalpumpen in
mehrstufiger Bauweise eingesetzt werden. Sie lassen sich gut mit Turbomolekular
pumpen und auch mit Molekularpumpen anderer Bauarten kombinieren. Die Rotor
teile beider Pumpen können auf einer Welle untergebracht werden, so dass beide
eine Baueinheit bilden.
Der Übergang von einer Turbomolekularpumpstufe oder einer anderen Molekular
pumpstufe zur Seitenkanalpumpstufe lässt sich jedoch vakuumtechnisch nicht lüc
kenlos vollziehen. Die Kompression einer Turbomolekularpumpstufe nimmt nach hö
herem Druck hin ab, und die Kompression einer Seitenkanalpumpstufe wird mit nied
rigerem Druck geringer. Die Arbeitsbereiche beider Pumpen überschneiden sich
praktisch leider nicht.
Die fehlende Kompression könnte in diesem Gebiet mit Gaedestufen bewirkt werden.
Diese haben jedoch im Vergleich zu Turbomolekularpumpstufen ein äußerst geringes
Saugvermögen. Dadurch kann das von der letzten Stufe der Turbomolekularpumpe
abgegebene Gasvolumen nur zu einem geringen Teil weiter gefördert werden, wo
durch das Gesamtsaugvermögen der Pumpkombination erheblich verringert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe zu entwickeln, welche
den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis zum Hoch- und Ultrahochva
kuumbereich umfasst. Die Pumpe soll aus einem Stück bestehen und einen kom
pakten Aufbau aufweisen, so dass die oben beschriebenen Nachteile, welche
Pumpständen anhaften, die aus mehreren Pumpen bestehen, vermieden werden.
Weiterhin soll sie ein ausreichend hohes Druckverhältnis und Saugvermögen aufwei
sen, um den Anforderungen im praktischen. Einsatz gerecht zu werden. Eine zuver
lässige und sichere Betriebsweise ist eine der Grundvoraussetzungen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruchs ge
löst. Die Ansprüche 2-4 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, durch die Parallelschaltung von
Gaedepumpstufen eine kompakte Vakuumpumpe vorzustellen, welche dazu geeig
net ist, den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis zum Hoch- oder Ul
trahochvakuumbereich abzudecken. Mit der Kombination von kleinen Pumpeinhei
ten, insbesondere durch die Verwendung von parallel und in Serie geschalteten
Gaedepumpstufen, werden optimale Pumpeigenschaften und eine effektive Arbeits
weise erreicht. Das an der Ansaugöffnung anstehende Saugvermögen kann über
den gesamten Druckbereich optimal ausgenutzt werden, da die Druckverträglichkeit
so gestaltet werden kann, dass die von der jeweils vorangehenden Pumpeinheit oder
-stufe geförderte Gasmenge von der nächsten Pumpeinheit oder -stufe ohne Verlust
übernommen wird. Besonders deutlich werden die Vorteile, wenn die parallel pum
penden Gaedestufen mit einer Turbomolekularpumpe oder mit einer Seitenkanal
pumpe oder mit beiden kombiniert wird.
Anhand der Abbildung soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden.
Die dargestellte Vakuumpumpe beherbergt in einem Gehäuse 1 drei Pumpeinheiten
14, 16, 18. Das Gehäuse ist mit einer Gaseintrittsöffnung 2 und einer Gasauslass
öffnung 4 versehen. Die Pumpeinheiten bestehen aus rotierenden und feststehenden
gasfördernden Bauteilen. Die rotierenden Bauteile sind auf einer Welle 6 in axialer
Richtung hintereinander angebracht. Zum Betrieb der Welle gehört ein Antriebssy
stem 8 und Lagerelemente 10 und 12. Die feststehenden Bauteile sind mit dem Ge
häuse 1 verbunden.
Die der Gaseintrittsöffnung zugewandte Pumpeinheit 14 ist als Turbomolekularpum
pe ausgebildet. Die in Richtung Gasströmung folgende Pumpeinheit 16 besteht aus
mehreren Untereinheiten 16a, 16b und 16c. Diese weisen jeweils eine oder mehrere
Molekularpumpstufen nach der Bauart von Gaede, im folgenden Gaedestufen ge
nannt, auf. Innerhalb der Untereinheiten sind die Gaedestufen parallel geschaltet.
Dies bedeutet, dass Verbindungselemente 34a für die Untereinheit 16a bzw. 34b für
die Untereinheit 16b die Eingangsseiten und auf der anderen Seite die Ausgangs
seiten der Gaedestufen so zusammenschließen, dass eine parallele Gasführung in
den einzelnen Untereinheiten ermöglicht wird. So bestehen in dem vorliegenden Bei
spiel die Untereinheit 16a aus vier parallel pumpenden Gaedestufen, die Untereinheit
16b aus zwei parallel pumpenden Gaedestufen und die Untereinheit 16c aus zwei
einzelnen, in Serie geschalteten Gaedestufen. Die Untereinheiten sind durch Verbin
dungselemente 36a, 36b und 36c so zusammengeschlossen, dass jeweils die Aus
gangsseite der einen Untereinheit mit der Eingangsseite der folgenden Untereinheit
verbunden ist. Die der Gasauslassöffnung zugewandte Pumpeinheit ist als mehrstu
fige Seitenkanalpumpe ausgebildet.
Die Pumpeinheiten 14 und 16 sind über Verbindungskanäle 32 und die Pumpeinhei
ten 16 und 18 über Verbindungskanäle 38 so in Serie zusammengeschlossen wie die
Untereinheiten 16a, 16b, 16c. Über eine Leitung 42 ist die Pumpeinheit 18 mit der
Gasauslassöffnung verbunden.
Die auf der Hochvakuumseite über die Gaseintrittsöffnung 2 angesaugte Gasmenge
wird durch die Turbomolekularpumpeinheit 14 verdichtet und über die Verbindungs
leitungen 32 weitergeführt zu der zweiten Pumpeinheit 16. Die erste Untereinheit 16a
besteht aus vier Gaedestufen, die in paralleler Arbeitsweise die Weiterförderung
übernehmen. Dadurch, dass mehrere Gaedestufen parallel geschaltet sind, kann die
gesamte, von der Turbomolekularpumpe geförderte und verdichtete Gasmenge auf
genommen werden. In der Untereinheit 16a wird die Gasmenge weiter verdichtet, so
dass für die zweite Untereinheit 16b zwei parallele Gaedestufen ausreichend sind,
um die gesamte Gasmenge weiter zu fördern und weiter zu verdichten, bis schließ
lich eine Gaedestufe als Untereinheit 16c für die Förderung ausreicht. Die an die
letzte Gaedestufe anschließende Seitenkanalpumpe kann jetzt die Gasmenge ohne
Verlust weiter fördern und bis zu hohem Druck verdichten.
Die Kombination der Pumpeinheiten kann je nach Einsatzgebiet und vakuumtechni
schen Erfordernissen variieren. So kann für manche Anwendungen nur eine Kombi
nation einer Turbomolekularpumpe mit der Pumpeinheit 16, bestehend aus Gaede
stufen, ausreichend sein. Für andere Anwendungen kann eine Kombination aus
Gaedestufen und Seitenkanalpumpe die Erfordernisse erfüllen.
Claims (4)
1. Vakuumpumpe, bestehend aus mehreren Pumpeinheiten (14, 16, 18), welche in
einem Gehäuse (1) mit Gaseinlassöffnung (2) und Gasauslassöffnung (4) unter
gebracht sind, wobei die Pumpeinheiten aus rotierenden und feststehenden gas
fördernden Bauteilen gebildet werden und die rotierenden Bauteile auf einer
Welle (6) mit Antriebsanordnung (8) und Lagerelementen (10, 12) angebracht
sind und die feststehenden Bauteile mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, da
durch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Pumpeinheiten (16) aus mehre
ren parallel geschalteten Molekularpumpstufen (16a) nach der Bauart von Gaede
besteht, wobei die Molekularpumpstufen (16a) in axialer Richtung hintereinander
angeordnet sind und durch gemeinsames Verbindungskanäle (34) so miteinander
verbunden sind, dass eine parallele Förderung bewirkt wird.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pump
einheiten (16a, 16b, 16c), welche aus einer oder mehreren parallel geschalteten
Pumpstufen nach der Bauart von Gaede bestehen, hintereinander geschaltet
sind.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der
Gaseintrittsöffnung (2) zugewandte Pumpeinheit eine Turbomolekularpumpe ist.
4. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die der Gasauslassöffnung (4) zugewandte Pumpeinheit (18) eine
Seitenkanalpumpe ist.
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