DE60202340T2

DE60202340T2 - Vakuumpumpen

Info

Publication number: DE60202340T2
Application number: DE60202340T
Authority: DE
Inventors: Martin Nicholas Shoreham-by-Sea Stuart
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: Edwards Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: US20030086784A1; EP1302667A1; DE60202340D1; ATE285523T1; US6709228B2; JP4340431B2; GB0124731D0; EP1302667B1; JP2003129990A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen und insbesondere auf Verbundvakuumpumpen, die mindestens eine Turbomolekularstufe und mindestens eine Molekularpumpenstufe haben.
In der europäischen Patentpublikation Nr. 0 919 726 ist eine Vakuumpumpe beschrieben, die erste und zweite Turbomolekularstufen und eine Molekularpumpenstufe (Holweck-Stufe) umfasst. Diese bekannte Pumpe hat einen ersten Einlaß, durch welchen gepumptes Strömungsmittel durch alle Pumpenstufen hindurchgelangt, und einen zweiten Einlaß, durch welches Strömungsmittel in die Pumpe zwischen den zwei Turbomolekularstufen eintritt und nur durch eine Turbomolekularstufe und die Holweck-Stufe hindurchgelangt. Die Turbomolekularstufe stromauf des zweiten Einlasses ist mit von der Turbomolekularstufe stromab des zweiten Einlasses verschiedener Größe bemessen, so daß die Vakuumpumpe den Druckanforderungen oder Pumpkapazitäten der Kammern/Systeme angepasst ist, die evakuiert und an den ersten bzw. zweiten Einlaß angeschlossen sind.
Diese bekannte "Trennstrom"-Turbomolekularpumpe erleichtert das differentielle Auspumpen von beispielsweise zwei Kammern eines wissenschaftlichen Instruments. Beispielsweise muß bei bekannten Massenspektrometertypen derjenige Teil der Apparatur, der als Detektor bekannt ist, üblicherweise auf beispielsweise 10–6 mbar betrieben werden, während der als Analysator bekannte Teil auf einem anderen Vakuumpegel von beispielsweise 10–3 mbar betrieben werden muß. Die den niedrigeren Druck (höheres Vakuum) erfordernde Kammer ist an den ersten Einlaß angeschlossen, so daß das evakuierte Strömungsmittel allen Pumpenstufen ausgesetzt ist, während die den höheren Druck (niedrigeres Vakuum) erfordernde Kammer an den zweiten Einlaß angeschlossen ist, so daß das evakuierte Strömungsmittel nur den stromab des zweiten Einlasses liegenden Pumpenstufen unterworfen wird.
Bei Flüssigkeitsphase-Massenspektrometersystemen (MS-Systemen) besteht zunehmend ein Bedarf für höhere, vom Vakuumsystem zu verarbeitende Gasbelastungen. Die höchste Gaslasthandhabungskapazität wird auf dem vergleichsweisen "hohen" Druckende der Pumpe verlangt. Während die Gasbelastung in den nachfolgenden Kammern verdünnt, nimmt der Systemdruck ab, bis er schließlich einen für die Analyse akzeptablen Pegel erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Verbundvakuumpumpe zu schaffen, die mindestens eine Turbomolekularstufe und stromab davon eine Mehrkanal-Molekularpumpenstufe aufweist, bei welcher ein oder mehrere Kanäle der Molekularpumpenstufe dem Pumpen eines Hochdruckströmungsmitteleinlasses zugeordnet ist bzw. sind, während der Rest der Kanäle zur "Abstützung" der Turbomolekularstufe dient.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbundvakuumpumpe mindestens eine Turbomolekularstufe und stromab derselben eine Mehrkanal-Molekularpumpenstufe, einen ersten Einlaß, durch welchen Strömungsmittel durch die Turbomolekularstufe und die Molekularpumpenstufe zu einem Pumpenauslaß gelangen kann, einen zweiten Einlaß, durch welchen Strömungsmittel an einer Stelle zwischen der Turbomolekularstufe und der Molekularpumpenstufe zum Durchtritt nur durch die Molekularpumpenstufe zum Pumpenauslaß hin eintreten kann, wobei einer oder mehrere Kanäle der Molekularpumpenstufe für eine direkte Verbindung mit dem zweiten Einlaß ausgelegt ist bzw. sind, während der verbleibende Kanal bzw. die verbleibenden Kanäle mit der Turbomolekularstufe in Verbindung stehen.
Vorzugsweise ist die mehrkanalige Molekularpumpenstufe eine Holweck-Stufe mit einer Mehrzahl von als Mehrzahl von Schraubenlinien angeordneten Kanälen.
Bei einer Ausführungsform leitet ein Leitblech einen oder mehrere der schraubenlinienförmigen Kanäle der Holweck-Stufe zum zweiten Einlaß.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielshalber beschrieben, wobei Bezug auf die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen genommen wird, in denen zeigt:
1 einen Vertikalschnitt durch eine bekannte Verbundvakuumpumpe mit zwei Turbomolekularstufen, einer Holweck-Stufe, einem Niederdruckeinlaß und einem Hochdruckeinlaß,
2 einen Vertikalschnitt durch eine Verbundvakuumpumpe nach der vorliegenden Erfindung,
3 einen Schnitt längs der Linie X-X in 2,
4 eine vergrößerte Einzelheit der Verbundvakuumpumpe nach den 2 und 3 an der Hochdruckeinlasszwischenstufe zwischen einer Turbomolekularstufe und einer Holweck-Stufe,
5 in der Perspektive eine Einzelheit der Holweck-Stufe und ein einen Teil der Verbundvakuumpumpe nach 2 bildenden Leitblechteils, und
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein einziger Kanal der Holweck-Stufe in direkter Verbindung mit einem Hochdruckströmungsmitteleinlaß geführt ist, während die übrigen vier Kanäle mit einer Turbomolekularstufe in Verbindung stehen.
Zuerst wird auf 1 Bezug genommen, wo eine bekannte Verbundvakuumpumpe mit einem mehrteiligen Gehäuse 1 gezeigt ist, in welchem eine Welle 2 montiert ist. Die Drehung der Welle 2 wird durch einen Motor 3 bewirkt, der um die Welle 2 herum angeordnet ist. Die Welle 2 ist in unteren und oberen Lagern 4 bzw. 5 gelagert.
Die Pumpe umfasst zwei Gruppen von Turbomolekularstufen 6, 7. Die erste Gruppe von Turbomolekularstufen 6 umfaßt vier Rotor- und Statorschaufelpaare von bekannter abgewinkelter Konstruktion, wobei eine Rotorschaufelstufe mit 8 bezeichnet ist und eine Statorschaufelstufe mit 9 bezeichnet ist.
Die zweite Gruppe von Turbomolekularstufen 7 umfaßt weitere sechs Rotor- und Statorschaufelpaare abgewinkelter Konstruktion, wobei eine Rotorschaufelstufe mit 12 bezeichnet ist und eine Statorschaufelstufe in der Zeichnung mit 13 bezeichnet ist.
Die Pumpe ist mit einem Niederdruckeinlaß 10 und einem Hochdruckeinlaß 16 ausgestattet.
Stromab der Turbomolekularstufe 7 befindet sich eine Anzahl von Holweck-Stufen. Diese Holweck-Stufen umfassen zwei umlaufende Zylinder 17, 18 und entsprechende ringförmige Statoren 19, 20 mit darin gebildeten schraubenlinienförmigen Kanälen, alles in an sich bekannter Weise. Stromab der Holweck-Stufen befindet sich Pumpenauslaß 22.
Bei dieser bekannten Pumpe ist der Einlaß 10 mit einer/einem Kammer/System verbunden, die/das ein relativ hohes Vakuum (niedriger Druck) erfordert, und das durch den Einlaß 10 gepumpte Strömungsmittel gelangt sowohl durch die Turbostufen 6, 7 als auch durch die Holweck-Stufen und tritt aus der Pumpe durch den Auslaß 22 aus. Der Einlaß 16 ist mit einer/einem Kammer/System verbunden, die/das weniger Vakuum (höheren Druck) erfordert, und das durch den Einlaß 16 gepumpte Strömungsmittel gelangt nur durch die Turbomolekularstufen 7 und die Holweck-Stufen und tritt aus der Pumpe durch den Auslaß 22 aus.
Es wird nun auf die 2 bis 4 Bezug genommen, wo gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, und wonach eine Verbundvakuumpumpe 30 ein Gehäuse 1 aufweist, innerhalb dessen eine vertikale Welle 2 montiert ist, die durch untere und obere Lager 4, 5 gelagert ist. Die Drehung der Welle 2 wird durch einen Motor 3 bewirkt.
Die Pumpe 30 weist zwei Gruppen von Turbomolekularstufen 6, 7 und eine Holweck-Stufe 32 auf.
Die Pumpe 30 hat drei Einlässe und einen Auslaß 22. Der erste Einlaß 34 (mittlerer Gasdruck) ist zwischen den beiden Turbomolekularstufen 6, 7 angeordnet; der zweite Einlaß 36 (hoher Gasdruck) ist zwischen der Turbomolekularstufe 7 und der Holweck-Stufe 32 angeordnet, und der dritte Einlaß 38 (niedriger Gasdruck) ist stromauf aller drei Stufen angeordnet.
Die Holweck-Stufe 32 umfaßt zwei umlaufende Zylinder 17, 18 und entsprechende ringförmige Statoren 19, 20 und daran gebildete schraubenlinienförmige Kanäle, sämtlich in an sich bekannter Weise.
Gemäß der Erfindung, und wie in 6 dargestellt, ist/sind einer oder mehrere Kanäle der Holweck-Stufe 32 so ausgelegt, daß er/sie direkt mit dem Hochdruckeinlaß 36 in Verbindung steht, während der/die übrige(n) Kanal oder Kanäle mit der Turbomolekularstufe 7 in Verbindung stehen und zu deren Unterstützung dienen.
Ebenfalls gemäß 5 ist die Holweck-Stufe 32 mit einem Leitblechteil 40 versehen, das einen radial einwärts gerichteten Flansch 42 aufweist, der nur einen Kanal (wie dargestellt) der Holweck-Stufe in Verbindung mit dem Hochdruckgaseinlaß 36 treten lässt und eine Rückströmung des Hochdruckgases in die Turboschaufeln der Turbomolekularstufe 7 verhindert.
Die verbleibenden Kanäle der Holweck-Stufe werden zum "Unterstützen" der Turboschaufelstufen der Turbomolekularstufe 7 benutzt.
Es versteht sich, daß der Flansch 42 so ausgedehnt werden könnte, daß mehr als ein Kanal zum Hochdruckgaseinlaß 36 geführt werden könnte.
Ein besonderer Vorteil der oben beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß die Verwendung variierender Anzahlen von Holweck-Molekularpumpenstufenkanälen zum Zwecke entweder des Pumpens aus dem Hochdruckeinlaß oder des "Unterstützens" der Turboschaufelstufe 7 an individuelle Anwendungen bei wissenschaftlichen Instrumenten angepasst wird.

Claims

Verbundvakuumpumpe (30) mit mindestens einer Turbomolekularstufe (7) und stromab derselben einer Mehrkanal-Molekularpumpenstufe (32), einem ersten Einlaß (34), durch welchen Strömungsmittel durch die Turbomolekularstufe und die Molekularpumpenstufe zu einem Pumpenauslaß (22) gelangen kann, einem zweiten Einlaß (36), durch welchen Strömungsmittel an einer Stelle zwischen der Turbomolekularstufe und der Molekularpumpenstufe zum Durchtritt nur durch die Molekularpumpenstufe zum Pumpenauslaß hin eintreten kann, wobei einer oder mehrere Kanäle der Molekularpumpenstufe für eine direkte Verbindung mit dem zweiten Einlaß ausgelegt ist bzw. sind, während der verbleibende Kanal bzw. die verbleibenden Kanäle mit der Turbomolekularstufe in Verbindung stehen.
Verbundvakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei die mehrkanalige Molekularpumpenstufe eine Holweck-Stufe mit einer Mehrzahl von als Mehrzahl von Schraubenlinien angeordneten Kanälen ist.
Verbundvakuumstufe nach Anspruch 2, wobei ein Leitblech einen oder mehrere der schraubenlinienförmigen Kanäle der Holweck-Stufe zum zweiten Einlaß leitet.
Verbundvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens zwei Turbomolekularstufen stromauf der Holweck-Stufe vorgesehen sind.
Verbundvakuumpumpe nach Anspruch 4, wobei die Pumpe mindestens einen zusätzlichen Einlaß aufweist, durch welchen Strömungsmittel sowohl durch die Turbomolekularstufen als auch die Molekularpumpenstufe zum Auslaß gelangen kann.
Verbundvakuumpumpe nach Anspruche 3, 4 oder 5, wobei das Leitblech einen Flansch zur Verhinderung der Rückströmung von Strömungsmitteln aus der Holweck-Stufe in Richtung zur Turbomolekularstufe aufweist.