DE69924558T2 - Vakuumpumpe - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen und insbesondere auf "Hybrid"- oder Verbundvakuumpumpen, die zwei oder mehr Abschnitte verschiedener Betriebsart zur Verbesserung des Betriebsbereichs hinsichtlich Drücken und Durchsatz haben.
- In der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 805 275 beispielsweise ist eine Verbundvakuumpumpe beschrieben, die aus einem mit einem Molekularpumpenabschnitt kombinierten regenerativen Abschnitt besteht.
- In der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 643 227 ist eine Verbundvakuumpumpe mit einem Turbomolekularpumpenabschnitt und einem Molekularpumpenabschnitt beschrieben.
- Ein Nachteil bekannter Verbundvakuumpumpen liegt darin, daß sie dazu neigen, massig zu sein, und daher verbleibt ein Bedürfnis, Verbundvakuumpumpen im Hinblick auf eine Steigerung der Effizienz zu verbessern, während die Gesamtabmessungen so klein wie möglich gehalten werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundvakuum zu schaffen, die einen Turbomolekularpumpenabschnitt und mindestens einen Molekularpumpenabschnitt aufweist, und die den Raum sehr effizient ausnutzt, wenn die Abschnitte zusammenmontiert werden.
- Gemäß der Erfindung besteht eine Vakuumpumpe aus mindestens einem Molekularpumpenabschnitt und einem Turbomolekularpumpenabschnitt, einem beiden Abschnitten gemeinsamen Rotor und einem beiden Abschnitten gemeinsamen Stator, wobei der Turbomolekularpumpenabschnitt im wesentlichen vollständig innerhalb einer Umhüllung positioniert ist, die durch den Molekularpumpenabschnitt gebildet ist.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Turbomolekularpumpenabschnitt einen Stator, der mit einer Anordnung aus radial verlaufenden feststehenden Statorflügeln gebildet ist und aus einem Rotor, der mit einer Anordnung von radial verlaufenden Flügeln ausgebildet ist, die drehbar zwischen den Statorflügeln angeordnet sind, und wobei der Molekularpumpenabschnitt ein Holweck-Abschnitt mit abwechselnden feststehenden und umlaufenden Zylindern ist, wobei die feststehenden Zylinder am Stator montiert sind und die umlaufenden Zylinder mit dem Rotor drehbeweglich an diesem montiert sind.
- Vorzugsweise bilden sowohl die Statorflügel als auch die Rotorflügel eine Mehrzahl beabstandeter Anordnungen, wobei der Durchmesser der Anordnungen von Flügeln in Richtung zur Holweck-Einlaßstufe abnimmt, und wobei die Zylinder des Holweck-Abschnitts in Richtung zur Längsachse des Rotors hin in ihrer Länge abnehmen.
- Diese Orientierung ist insoweit vorteilhaft, als eine gute Einlassgeschwindigkeit erreicht wird, wobei die Einlassstufe des Turbomolekularpumpenabschnitts eine maximale Fläche benötigt, während die nachfolgenden Stufen eine geringere Fläche benötigen. Dies lässt Raum für das Einsetzen der Molekularpumpenstufen um die niedrigeren Turbomolekularpumpenstufen ohne Ausdehnung des Gesamtpumpendurchmessers über denjenigen der Einlassstufe des Turbomolekularpumpenabschnitts.
- Vorzugsweise hat die Verbundvakuumpumpe einen dritten regenerativen Abschnitt.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielshalber unter Bezugnahme auf die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
-
1 einen Querschnitt durch eine Verbundvakuumpumpe mit einem Holweck-Abschnitt und einem regenerativen Abschnitt (Stand der Technik), -
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines in dem Holweck-Abschnitt der Pumpe nach1 verwendeten Zylinders, und -
3 einen Querschnitt durch eine Verbundvakuumpumpe nach der vorliegenden Erfindung. - Gemäß
1 ist eine bekannte Verbundvakuumpumpe dargestellt, die einen regenerativen Abschnitt1 und einen Molekularpumpenabschnitt (Holweck-Abschnitt)2 umfaßt. Die Pumpe weist ein Gehäuse3 auf, das aus einer Anzahl verschiedener Gehäuseteile aufgebaut ist, die miteinander verschraubt oder anderweitig aneinander befestigt sind und mit entsprechenden Dichtungen zwischen ihnen versehen sind. - Innerhalb des Gehäuses
3 ist eine Welle6 montiert, die von einem oberen (in der Darstellung) Lager4 und einem unteren (in der Darstellung) Lager5 abgestützt ist. Die Welle6 ist um ihre Längsachse drehbar und wird von einem Elektromotor7 angetrieben, der die Welle6 umschließt. - Fest an der Welle
6 damit drehbar angebracht ist ein Rotor9 , der einen Gehäuseteil16 des Gehäuses3 überdeckt. Mittels Schrauben17 (nur eine dargestellt) am Gehäuseteil16 befestigt ist ein Gehäuseteil22 , der Teil des Holweck-Abschnitts2 bildet. Das Gehäuseteil22 weist einen mittigen Einlaß31 für den Holweck-Abschnitt2 auf. Vom Gehäuseteil22 herabhängend und den Stator des Holweck-Abschnitts bildend ist eine Gruppe von drei hohlen ringförmigen Zylindern23 ,24 ,25 vorhanden, deren Längsachsen parallel zur Längsachse der Welle6 und des Rotors9 verlaufen. - Eine Gruppe von drei weiteren konzentrischen Hohlzylindern
26 ,27 ,28 , deren Längsachsen ebenfalls parallel zur Längsachse der Welle6 und des Rotors9 verlaufen, ist mit ihren unteren (in der Darstellung) Enden fest an der Oberseite des Rotors9 befestigt. - Jeder der sechs Zylinder
23 bis28 ist symmetrisch um die Hauptachse montiert, welche die Längsachse der Welle6 ist, und, wie dargestellt, sind die Zylinder der einen Gruppe mit denjenigen der anderen Gruppe verschachtelt, um einen gleichenförmigen Spalt zwischen jeweils benachbarten Zylindern zu bilden. Dieser Spalt verringert sich jedoch von den innersten benachbarten Zylindern23 ,26 zu den äußersten benachbarten Zylindern25 ,28 . - In dem Spalt zwischen jeweils benachbarten Zylindern ist ein Gewindeflansch (oder Flansche) angeordnet, der eine schraubenlinienförmige Struktur bildet, die im wesentlichen durch den Spalt verläuft. Dieser Flansch kann an einem der benachbarten Zylinder befestigt sein.
-
2 zeigt einen Teil des Zylinders23 mit einem aufstehenden Flansch30 , der in Form einer Anzahl einzelner Flansche zur Bildung einer helixförmigen Struktur angebracht ist. Die anderen Zylinder24 ,25 haben im wesentlichen die gleiche Konstruktion. - Wie in
1 gezeigt ist, hat der Rotor9 die Form einer Scheibe, an deren unterer Seite (in der Darstellung) darauf eine Anzahl erhabener Ringe10 gebildet ist, die, wie auf dem Fachgebiet bekannt, Teil des regenerativen Abschnitts1 bilden, dessen Einzelheiten keinen Teil dieser Erfindung bilden. - Im Betrieb, wenn die Welle
6 und der Rotor9 mit hoher Drehzahl umlaufen, wird Gas in den Einlaß31 im Gehäuseteil22 und in den Spalt zwischen den benachbarten Zylindern23 ,26 eingesaugt. Es gelangt dann abwärts durch die Helix, die aus dem aufstehenden Flansch im Zylinder26 gebildet ist, und von da aus nach oben durch den Spalt zwischen den Zylindern23 ,27 , usw., bis es abwärts durch den Spalt zwischen den Zylindern26 ,28 gelangt. Dann gelangt es in an sich bekannter Weise durch einen nicht dargestellten Durchlaß in den Einlaß des regenerativen Abschnitts1 und von da aus durch einen Auslaß32 in die Atmosphäre. - Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein weiterer Turbomolekularpumpenabschnitt
50 zu der bekannten, in1 dargestellten Verbundvakuumpumpe hinzugefügt. Insbesondere wird der Turbomolekularpumpenabschnitt50 von dem Holweck-Abschnitt2 umschlossen. - Es wird nun auf
3 Bezug genommen, wo gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und wonach auf dem Rotor9 damit drehbar ein zylindrischer Rotorkörper52 montiert ist, von welchem Rotorflügel54 radial auswärts wegragen, die zusammen drei beabstandete Flügelanordnungen bilden, von denen jede Anordnung eine Anzahl im Bereich von 20 solcher Flügel hat. - Der Abschnitt
50 umfaßt auch einen Stator56 , der mit und innerhalb des Gehäusesteils22 ausgebildet ist, und von welchem eine Mehrzahl von Statorflügeln58 radial wegragen, die wiederum drei beabstandete Anordnungen von Flügeln bilden, von denen jede Anordnung aus etwa 20 Flügeln besteht. Wie dargestellt, sind die Anordnungen der Rotorflügel54 mit den Anordnungen der Statorflügel58 verschachtelt, wobei die Flügel54 ,58 relativ zueinander in bei der Turbomolekularpumpentechnologie an sich bekannter Weise abgewinkelt sind. - Im Betrieb wird Gas durch den Turbomolekularpumpenabschnitt innerhalb des Stators
56 in der durch die Pfeile A gezeigten Richtung zum unteren Stufenauslaß jenseits der dritten ringförmigen Anordnung von Statorflügeln und von da aus in den Holweck-Abschnitt2 gesaugt. Wie zuvor erläutert, verlässt das Gas dann den Holweck-Abschnitt und tritt in an sich bekannter Weise in den regenerativen Abschnitt1 ein und tritt durch den Auslaß32 aus der Verbundvakuumpumpe aus. - Es ist zu beobachten, daß bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Turbomolekularpumpenabschnitt
50 vollständig von dem Molekularpumpenabschnitt2 umschlossen ist. - Um eine gute Einlassgeschwindigkeit zu erreichen, benötigt die Einlassstufe des Turbomolekularpumpenabschnitts
50 eine maximale Fläche, so daß die (obere) Flügelanordnung54 , wie dargestellt, einen größeren Durchmesser als die übrigen Flügelanordnungen hat. Dies ist in der Vergangenheit dadurch erreicht worden, daß der Rotornabedurchmesser der aufeinanderfolgenden Stufen vergrößert wurden, dass der Rotornabendurchmesser der aufeinanderfolgenden Stufen vergrößert wurde und der Außendurchmesser der Rotorflügel beibehalten wurde, um dadurch eine maximale Spitzengeschwindigkeit beizubehalten. - Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wo die Nabendurchmesser im wesentlichen gleich gehalten sind und die Spitzendurchmesser der Rotorflügel verringert sind, hat es sich jedoch gezeigt, daß der Leistungsverlust nicht zu groß ist. Daher verbleibt als Konsequenz Platz zum Montieren der Molekularpumpenstufen um die unteren Turbomolekularstufen herum, ohne den Pumpendurchmesser über denjenigen der Turbomolekularpumpeneinlaßstufe, das ist die obere Schaufelanordnung des Turbomolekularpumpenabschnitts, auszudehnen.
- Wie dargestellt, können die Stufen des Holweck-Abschnitts konzentrisch zu den inneren Stufen montiert werden, die kürzer sind und ein allmähliches Abstufen der Turbomoleku larpumpenstufen ermöglichen. Die Molekularpumpenstufen drosseln die Strömung mehr als Turbomolekularpumpenstufen, so daß das Montieren der Molekularpumpenstufen auf einem größeren Durchmesser die Spitzengeschwindigkeit steigert und den Strömungsdurchsatz verbessert.
- Der regenerative Abschnitt
1 folgt dem Molekularpumpenabschnitt, wie auf dem Fachgebiet bekannt, aber könnte durch irgendeinen anderen Mechanismus oder sogar eine separate Vakuumpumpe ersetzt werden.
Claims (6)
- Vakuumpumpe mit mindestens einem Molekularpumpenabschnitt und einem Turbomolekularpumpenabschnitt (
2 ), einem beiden Abschnitten gemeinsamen Rotor (9 ) und einem beiden Abschnitten gemeinsamen Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbomolekularpumpenabschnitt (50 ) vollständig innerhalb einer Umhüllung positioniert ist, die durch den Molekularpumpenabschnitt (2 ) gebildet ist. - Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei der Turbomolekularpumpenabschnitt einen Stator aufweist, der mit einer Anordnung von radial verlaufenden feststehenden Statorflügeln ausgebildet ist, und einen Rotor aufweist, der mit einer Anordnung von radial verlaufenden Flügeln ausgebildet ist, die zwischen den Statorflügeln drehbar angeordnet sind, und wobei der Molekularpumpenabschnitt ein Holweck-Abschnitt ist, der abwechselnde feststehende und umlaufende Zylinder aufweist, wobei die feststehenden Zylinder auf dem Stator und die umlaufenden Zylinder mit dem Rotor drehbeweglich montiert sind.
- Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei die Holweck-Zylinder jeweils eine zur Längsachse des Rotors parallele Längsachse haben.
- Vakuumpumpe nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Statorflügel eine Mehrzahl beabstandeter Anordnungen bilden und die Rotorflügel eine ähnliche Mehrzahl von beabstandeten Anordnungen bilden, wobei die Durchmesser der Anordnungen von Flügeln in Richtung zur Einlassstufe des Holweck-Abschnitts hin abnehmen.
- Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zylinder des Holweck-Abschnitts in ihrer Länge in Richtung zur Längsachse des Rotors hin abnehmen.
- Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pumpe einen dritten regenerativen Abschnitt aufweist.
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EDWARDS LTD., CRAWLEY, WEST SUSSEX, GB |