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WO1994025760A1 - Reibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten pumpenabschnitten - Google Patents

Reibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten pumpenabschnitten Download PDF

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WO1994025760A1
WO1994025760A1 PCT/EP1994/001011 EP9401011W WO9425760A1 WO 1994025760 A1 WO1994025760 A1 WO 1994025760A1 EP 9401011 W EP9401011 W EP 9401011W WO 9425760 A1 WO9425760 A1 WO 9425760A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pump
rotor
pump according
stator
section
Prior art date
Application number
PCT/EP1994/001011
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Schütz
Heinrich Engländer
Friedrich Karl Von Schulz-Hausmann
Hinrich Henning
Original Assignee
Leybold Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Aktiengesellschaft filed Critical Leybold Aktiengesellschaft
Priority to DE59409375T priority Critical patent/DE59409375D1/de
Priority to EP94913098A priority patent/EP0697069B1/de
Priority to JP6523801A priority patent/JPH08511071A/ja
Priority to US08/545,646 priority patent/US5695316A/en
Publication of WO1994025760A1 publication Critical patent/WO1994025760A1/de

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00—Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008—Regenerative pumps

Definitions

  • the invention relates to a friction vacuum pump with differently designed pump sections, of which the inlet-side pump section consists of turbomolecular pump stages and a further pump section consists of Siegbahn stages, each with spirally shaped grooves, the pump-active surfaces of the Siegbahn stages each from the facing surfaces a rotor and a stator ring disk are formed.
  • Gaede pump To the friction vacuum Gaede pump are in a housing (rotating cylinder with pumping gap and between inlet and outlet technicallyem barrier gap), Holweck pump in a housing ( ⁇ rotating cylinder with helical, stator or rotor-side grooves), Siegbahn pump (rotating and standing ring disks with spiral grooves) and turbomolecular pumps equipped with rotor and guide vanes. It is known to equip friction pumps with differently designed pump sections.
  • a friction pump of the type mentioned is known.
  • the rotor disks of the Siegbahn stage are each equipped with the spiral-shaped grooves.
  • the production of a friction pump of this type is relatively complex since not only its stator but also its rotor has to be manufactured and assembled from a large number of individual parts.
  • the present invention has for its object to simplify the manufacture of a friction vacuum pump of the type mentioned.
  • this object is achieved in that in a friction vacuum pump of the type mentioned, the stator washers are each equipped with the spiral grooves.
  • this measure ensures that it is no longer necessary to manufacture the rotor from a large number of individual parts.
  • the rotor can be made in one piece and e.g. be turned from the solid.
  • the adaptation of a friction pump of the type concerned here to different applications is simpler.
  • the properties of the spiral grooves determine the pump properties.
  • stator and rotor in a friction vacuum pump according to the prior art have to be dismantled one after the other, the rotor disks with the spiral grooves have to be replaced and then the rotor and stator have to be mounted again.
  • stator and rotor in a friction vacuum pump according to the invention only the stator has to be dismantled and reassembled with replacement disks.
  • a further advantageous measure according to the invention consists in that at least one further pump stage of any type - preferably a friction pump - is connected to the pump section with the Siegbahn stages, which has good conveying properties in the intermediate range between molecular flow and viscous flow.
  • a vacuum pump designed in this way, a relatively high backing pressure (greater than 10 mbar) can be generated, so that pumps of this type can be operated with small and inexpensive backing pumps.
  • FIG. 1 shows a friction vacuum pump according to the invention
  • Figure 2 shows a section through the pump of Figure 1 at the level of the stator disk of a Siegbahn stage
  • FIG. 3 shows a section through the pump according to FIG. 1 at the level of a further pump stage adjoining the Siegbahn pump section in the conveying direction, FIG.
  • FIGS. 4, 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a pump according to the invention
  • FIGS. 7, 8 an exemplary embodiment of a pump according to the invention with a special rotor suspension
  • Figures 13 to 18 sections through pump stages, which are designed as a combined Siegbahn / Gaede stages.
  • the embodiment according to FIG. 1 is a friction vacuum pump 1, the housing of which is designated by 2.
  • the upper, cylindrical housing section 3 comprises and centers the stator 4, which comprises a plurality of stator rings 5, 6 and 7.
  • the rotor 8 is supported via the bearings 9 and the pump shaft 10 in the pump housing 2.
  • the drive motor is designated 11.
  • a recipient to be evacuated is connected to the inlet flange 12.
  • the gases are conveyed to the outlet 13 to which a backing pump is connected.
  • the embodiment of Figure 1 is equipped with a total of 3 pump sections.
  • the pump section on the high vacuum side consists of turbomolecular pump stages.
  • the stator rings 5 each carry the inwardly directed stator blades 14, to which rotor blades 15 attached to the rotor 8 are assigned.
  • the second pump section has Siegbahn pump stages. These comprise rotating ring disks 16 fastened to the rotor 8, the surfaces of which are flat. Between the rotor ring disks 16 are the stator ring disks 17.
  • the stator rings 6 carry the stator ring disks 17; they are preferably formed in one piece.
  • the end face of the stator ring disks 17 is equipped with spiral projections 18 and corresponding grooves 19 (cf. FIG. 2).
  • the spiral design is selected so that a continuous gas flow from the inlet 12 to the outlet 13 is ensured, that is to say that in the exemplary embodiment shown, the pump-active surfaces of the Siegbahn stages located above a stator washer 6, the gases from the outside inwards and those below one Stator ring disk 6 pump-active surfaces of the Siegbahnhaven convey the gases from the inside to the outside.
  • Three spiral grooves or projections are provided, each of which extends over approximately 360 °.
  • the number, depth, width and pitch of the spirals determine the pump properties of the pump section consisting of Siegbahn stages.
  • the last pressure-side Siegbahn stage conveys the gases from outside to inside. From there they arrive in a pump stage which is particularly suitable for the intermediate region between molecular flow and viscous flow and which is designed in the manner of a gyroscopic work machine.
  • This comprises rotor blades 8 which are fastened to the rotor 8 and which are curved rearward with respect to the direction of rotation (arrow 21 in FIG. 3) and which are essentially axially extending.
  • These rotor blades are associated with rotor-wheel driven machine guide vanes 23 which are carried by the stator ring 7.
  • the guide vanes 23 form flow channels 24, which are arranged approximately perpendicular to the outer regions of the rotor blades and through which the gas flows in an approximately radial direction to the outside. In the outer area, the flow channels 24 are provided with openings 25 through which the gases reach the fore-vacuum side of the pump.
  • the flow path of the gases is indicated by arrow 26.
  • the first Siegbahn stage following the turbomolecular pump stages conveys the gases from outside to inside.
  • the rotor ring disk 16 upstream of the stator ring disk 17 of the first Siegbahn stage has a smaller diameter than the other rotor ring disks 16 and has shorter blades 27 on its circumference than the other rotor blades 15.
  • a correspondingly designed first stator ring disk 17 can be provided with an enlarged inside diameter compared to the other disks, which carries shortened stator blades on its inside.
  • a turbomolecular pump section and then a Siegbahn pump section are provided on the high vacuum or inlet side.
  • the pre-vacuum-side pump stage adjoining the Siegbahn pump section is designed in the manner of a side channel pump.
  • in the mutually facing, radially extending surfaces of the last rotor ring disk 28 (FIG. 5) and the last stator ring disk 29 (FIG. 6) in cross section approximately mutually shaped, essentially circular grooves 31, 32 are provided.
  • the rotating groove 31 arranged on the suction side is equipped with a large number of transverse webs 33.
  • the fixed groove 32 arranged on the pressure side has an inlet 34 and an outlet 35 with respect to the conveyed gases.
  • Its inlet 34 is a groove section which extends radially outwards and which defines the through the peripheral pump gap between the annular disc 27 and the stator 4 flowing gases.
  • the outlet 35 is a substantially axially extending bore which connects the groove 32 to the fore-vacuum space. Inlet 34 and outlet 35 lie directly next to one another and are separated from one another by a web (36) in order to avoid backflow. A division of the groove 32 into two or more groove sections, each with an inlet 34 and an outlet 35, is possible.
  • the shaft 10 is initially supported via its bearings 9 on the inside of a sleeve-shaped carrier 41.
  • the upper end of the carrier 41 is equipped with a collar 42.
  • the lower end of the carrier projects into a recess 43 of a housing component 44, which has only a slightly larger diameter than the outer diameter of the carrier 41.
  • An O-ring 45 between the carrier 41 and the inside of the recess 43 secures the central position of the carrier 41.
  • three essentially axially extending rods 46 are provided, which are fastened to the collar 42 and to the housing component 44. If a rotor 8 suspended in this way executes vibrations as a result of shocks or when driving through resonances, the amplitudes are very small and are directed exclusively radially.
  • the O-ring 45 acts as a damping element for vibrations of this type.
  • Fig. 9 shows an embodiment of a pump according to the invention, in which the rotor is supported on a fixed pin 51 of the housing 2 and the drive motor 11 is designed as an external rotor motor.
  • the pin 51 is equipped with a collar 52 at its upper end.
  • the sleeve-shaped carrier 41 has an inwardly directed edge 53 at its lower end.
  • the rods 46 extend between the collar 52 and the edge 53.
  • a Holweck pump section adjoins the Siegbahn pump section on the pressure side, which consists of the stator ring 55 with the helically shaped projections 56 and the outside of the cylindrical rotor section 57. This carries the motor rotor on the inside.
  • a gaedepump section is connected to the Holweck pump section.
  • This includes the stator ring 60 on the stator side with two circumferential webs 61, 62, which form the groove 63, and the correspondingly elongated rotor section 57 on the rotor side.
  • One or more openings 64 (cf. also FIG. 10) in the upper web 61 form the inlet into the gate pump stages. These are located directly next to one another one or more fixed projections 65, which protrude into the groove 63 and which form the blocking gap 66 with the rotor 57.
  • the outlet opening (s) 67 are located in the lower web 62 and open into the fore-vacuum chamber of the pump 1.
  • the groove 63 is divided into two sections.
  • Two gate pump stages arranged parallel to each other are provided. They each have the inlet opening 64 and the outlet openings 67 and each extend over approximately 180 °.
  • the arrow 68 indicates the direction of rotation of the rotor 57.
  • the groove 63 is no longer annular.
  • the sections of the groove 63 which extend between the inlet 64 and the outlet 67 have a decreasing (FIG. 11) or constantly changing (FIG. 12) cross section.
  • the desired pressure build-up is thereby achieved.
  • several chambers 69 are present, in which a relatively slow pressure build-up and a relatively rapid expansion take place in succession. The pressure increases from chamber to chamber.
  • FIGS. 13 to 18 show embodiments for Siegbahn ⁇ stages, which are combined with Gaede stages.
  • the outer diameter of the rotating ring disks 17 are selected such that an outer ring space 71, 72 is present between their periphery and the stator 4 surrounding them.
  • the inner diameter of the stator washers 16 is selected such that an inner annular space 73, 74 is present in each case. From FIG.
  • the gases are conveyed inwards into the spiral-shaped grooves (Siegbahn pump effect) and arrive there in the sections of the annular space 73. There they are entrained in the direction of the arrows 84, 85 and arrive on the Underside of the stator ring disk 16 shown in plan view in FIG. 13 into the grooves 19, which are designed in such a way that they convey the gases back outwards.
  • the pump-active surfaces have been increased in that the height of the outer annular spaces 71, 72 has been selected to be greater than the thickness of the rotating disks 17 and that the disks 17 with their outer edges into the annular spaces 71, 72 protrude.
  • the projections 75, 76 must be U-shaped in this solution (Fig. 18).
  • the effective pumping surface can also be increased within the inner annular spaces if the rotating central part is equipped with projections.
  • An example of a ring-shaped projection 86 is shown in dashed lines in FIG.
  • the solutions for combined Gaede / Siegbahn stages described and shown in FIGS. 13 to 18 can be present instead of the Siegbahn stages effective in the pumps according to FIGS. 1, 4 and 7.
  • the combined stages are particularly suitable for pump sections located in the vicinity of the fore-vacuum side.
  • the number of locking gaps in the respective annular spaces 71 to 74 is arbitrary. It is to be adapted to the number and design of the grooves 19 located on the stator ring disks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibungsvakuumpumpe (1) mit unterschiedlich gestalteten Pumpenabschnitten, von denen der einlaßseitige Pumpenabschnitt aus Turbomolekularpumpenstufen (14, 15) und ein weiterer Pumpenabschnitt aus Siegbahnstufen (16, 17) mit jeweils spiralförmig gestalteten Nuten (19) besteht, wobei die pumpaktiven Flächen der Siegbahnstufen jeweils von den einander zugewandten Flächen einer Rotor- und einer Statorringscheibe (16, 17) gebildet werden; um die Herstellung einer derartigen Pumpe zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, daß jeweils die Statorringscheiben (16) mit den spiralförmigen Nuten (19) ausgerüstet sind.

Description

Reibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten Pumpenab¬ schnitten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten Pumpenabschnitten, von denen der einlaßseitige Pumpenabschnitt aus Turbomolekularpumpenstufen und ein weiterer Pumpenabschnitt aus Siegbahn-Stufen mit jeweils spiralförmig gestalteten Nuten besteht, wobei die pumpaktiven Flächen der Siegbahn-Stufen jeweils von den einan¬ der zugewandten Flächen einer Rotor- und einer Statorring¬ scheibe gebildet werden.
Zu den Reibungsvakuumpumpen gehören Gaede-Pumpen (in einem Gehäuse rotierender Zylinder mit Pumpspalt und zwischen Einlaß und Auslaß gelegenem Sperrspalt), Holweck-Pumpen (in einem Gehäuse■rotierender Zylinder mit wendeiförmigen, stator- oder rotorseitig angeordneten Nuten), Siegbahn-Pumpen (rotierende und stehende Ringscheiben mit spiralförmig gestalteten Nuten) und Turbomolekular-Pumpen, die mit Lauf- und Leitschaufeln ausgerüstet sind. Es ist bekannt, Reibungspumpen mit unter¬ schiedlich gestalteten Pumpenabschnitten auszurüsten.
Aus der DE-OS 39 22 782 ist eine Reibungspumpe der eingangs erwähnten Art bekannt. Bei dieser vorbekannten Reibungspumpe sind jeweils die Rotorscheiben der Siegbahnstufe mit den spiralförmig gestalteten Nuten ausgerüstet. Die Herstellung einer Reibungspumpe dieser Art ist relativ aufwendig, da nicht nur ihr Stator sondern auch ihr Rotor aus einer Vielzahl von Einzelteilen hergestellt und montiert werden muß. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Reibungsvakuumpumpe der eingangs genannten Art zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Reibungsvakuumpumpe der eingangs genannten Art jeweils die Statorringscheiben mit den spiralförmigen Nuten ausgerüstet sind. Durch diese Maßnahme wird zum einen erreicht, daß es nicht mehr erforderlich ist, den Rotor aus einer Vielzahl von Einzelteilen herzustellen. Der Rotor kann einteilig ausgebildet und z.B. aus dem Vollen gedreht sein. Weiterhin ist die Anpas¬ sung einer Reibungspumpe der hier betroffenen Art an unter¬ schiedliche Einsatzfälle einfacher. Bei Vakuumpumpen dieser Art bestimmen nämlich die Eigenschaften der spiralförmigen Nuten (Tiefe, Breite, Steigung) die Pumpeigenschaften. Bei einer Änderung der Pumpeigenschaften müssen deshalb bei einer Rei¬ bungsvakuumpumpe nach dem Stand der Technik nacheinander Stator und Rotor demontiert, die Rotorscheiben mit den spiralförmigen Nuten ausgetauscht und dann wieder Rotor und Stator montiert werden. Bei einer ReibungsVakuumpumpe nach der Erfindung muß nur der Stator demontiert und mit Austausch-Scheiben wieder montiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme nach der Erfindung besteht darin, daß sich an den Pumpenabschnitt mit den Siegbahn-Stufen mindestens eine weitere Pumpstufe beliebiger Art - vorzugsweise auf eine Reibungspumpe - anschließt, die im Zwischenbereich zwischen Molekularströmung und viskoser Strömung gute Förder¬ eigenschaften hat. Mit einer in dieser Weise ausgebildeten Vakuumpumpe kann ein relativ hoher Vorvakuumdruck (größer 10 mbar) erzeugt werden, so daß Pumpen dieser Art mit kleinen und preiswerten Vorvakuumpumpen betrieben werden können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 18 erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine Reibungsvakuumpumpe nach der Erfindung, Figur 2 einen Schnitt durch die Pumpe nach Figur 1 in Höhe der Statorscheibe einer Siegbahn-Stufe
Figur 3 einen Schnitt durch die Pumpe nach Figur 1 in Höhe einer sich in Förderrichtung an den Siegbahn-Pumpenab- schnitt anschließenden weiteren Pumpstufe,
Figuren 4, 5 und 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Pumpe nach der Erfindung,
Figuren 7, 8 ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe nach der Erfindung mit einer besonderen Rotoraufhängung,
Figuren 9 bis 12 Schnitte durch weitere Lösungen für druckseitig angeordnete Pumpstufen und
Figuren 13 bis 18 Schnitte durch Pumpstufen, die als kom¬ binierte Siegbahn/Gaede-Stufen ausgebildet sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 handelt es sich um eine Reibungsvakuumpumpe 1, deren Gehäuse mit 2 bezeichnet ist. Der obere, zylindrisch gestaltete Gehäuseabschnitt 3 umfaßt und zentriert den Stator 4, der eine Mehrzahl von Statorringen 5,6 und 7 umfaßt. Der Rotor 8 stützt sich über die Lager 9 und die Pumpenwelle 10 im Pumpengehäuse 2 ab. Der Antriebsmotor ist mit 11 bezeichnet. Während des Betriebs der Pumpe ist an den Einlaßflansch 12 ein zu evakuierender Rezipient angeschlossen. Infolge der Drehung des Rotors 8 werden die Gase zum Auslaß 13 gefördert, an den eine Vorvakuumpumpe angeschlossen ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist mit insgesamt 3 Pumpenabschnitten ausgerüstet. Der hochvakuumseitige Pumpenab¬ schnitt besteht aus Turbomolekularpumpenstufen. Die Statorringe 5 tragen jeweils die nach innen gerichteten Statorschaufeln 14, denen am Rotor 8 befestigte Rotorschaufeln 15 zugeordnet sind. Der zweite Pumpabschnitt weist Siegbahnpumpenstufen auf. Diese umfassen rotierende, am Rotor 8 befestigte Ringscheiben 16, deren Oberflächen eben sind. Zwischen den Rotorringscheiben 16 befinden sich die Statorringscheiben 17. Die Statorringe 6 tragen die Statorringscheiben 17; vorzugsweise sind sie ein¬ stückig ausgebildet. Die Statorringscheiben 17 sind stirnseitig mit spiralförmigen Vorsprüngen 18 und entsprechenden Nuten 19 ausgerüstet (vgl. Figur 2). Die spiralförmige Gestaltung ist jeweils so gewählt, daß eine kontinuierliche Gasströmung vom Einlaß 12 zum Auslaß 13 sichergestellt ist, d.h. daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel die oberhalb einer Stator¬ ringscheibe 6 befindlichen pumpaktiven Flächen der Siegbahn¬ stufen die Gase von außen nach innen und die unterhalb einer Statorringscheibe 6 befindlichen pumpaktiven Flächen der Siegbahnstufen die Gase von innen nach außen fördern. Es sind jeweils drei spiralförmige Nuten bzw. Vorsprünge vorgesehen, die sich jeweils über etwa 360° erstrecken. Die Anzahl, Tiefe, Breite und Steigung der Spiralen bestimmt die Pumpeigenschaften des aus Siegbahnstufen bestehenden Pumpenabschnittes . Durch Austauschen von Statorringscheiben 17 mit geeignet gestalteten Spiralen können die Pumpeigenschaften unterschiedlichen Ein¬ satzbedingungen angepaßt werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 fördert die letzte druckseitige Siegbahn-Stufe die Gase von außen nach innen. Von dort aus gelangen sie in eine für den Zwischenbereich zwischen Molekularströmung und viskoser Strömung besonders geeignete Pumpenstufe, die nach Art einer Kreiselrad-Arbeitsmaschine ausgebildet ist. Diese umfaßt am Rotor 8 befestigte, in Bezug auf die Drehrichtung (Pfeil 21 in Figur 3) nach hinten ge¬ krümmte, sich im wesentlichen axial erstreckende Laufschaufeln 22. Diesen sind Kreiselrad-Arbeitsmaschine Leitschaufeln 23 zugeordnet, die vom Statorring 7 getragen werden. Die Leit¬ schaufeln 23 bilden Strömungskanäle 24, die etwa senkrecht zu den äußeren Bereichen der Laufschaufeln angeordnet sind und vom Gas in etwa radialer Richtung nach außen durchströmt werden. Im äußeren Bereich sind die Strömungskanäle 24 mit Öffnungen 25 versehen, durch die die Gase zur Vorvakuumseite der Pumpe gelangen. In Figur 1 ist der Strömungsweg der Gase durch den Pfeil 26 gekennzeichnet. Beim in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel fördert die erste auf die Turbomolekularpumpenstufen folgende Siegbahnstufe die Gase von außen nach innen. Die der Statorringscheibe 17 der ersten Siegbahnstufe vorgelagerte Rotorringscheibe 16 hat einen kleineren Durchmesser als die übrigen Rotorringscheiben 16 und trägt an ihrem Umfang gegenüber den übrigen Rotorschaufeln 15 verkürzte Schaufeln 27. Dadurch ist ein möglichst störungs¬ freier Übergang zwischen den verschiedenen Pumpenabschntten gewährleistet. Für den Fall, daß die erste Siegbahnstufe die Gase von innen nach außen fördern soll, kann eine entsprechend gestaltete erste Statorringscheibe 17 mit gegenüber den übrigen Scheiben vergrößertem Innendurchmesser vorgesehen sein, die an ihrer Innenseite verkürzte Statorschaufeln trägt.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind hochvakuum- bzw. einlaßseitig zunächst ein Turbomolekularpumpenabschnitt und daran anschließend ein Siegbahn-Pumpenabschnitt vorgesehen. Die sich an den Siegbahn-Pumpenabschnitt anschließende, vorva- kuumseitige Pumpstufe ist nach Art einer Seitenkanalpumpe ausgebildet. Dazu sind in den einander zugewandten, sich radial erstreckenden Oberflächen der letzten Rotorringscheibe 28 (Fig. 5) und der letzten Statorringscheibe 29 (Fig. 6) im Querschnitt etwa halbrund gestaltete, einander zugewandte, im wesentliche kreisförmige Nuten 31, 32 vorgesehen. Die saugseitig angeord¬ nete rotierende Nut 31 ist mit einer Vielzahl von Querstegen 33 ausgerüstet. Die druckseitig angeordnete, feststehende Nut 32 hat in Bezug auf die geförderten Gase einen Einlaß 34 und einen Auslaß 35. Ihr Einlaß 34 ist ein sich radial nach außen er¬ streckender Nutabschnitt, der die durch den peripheren Pump¬ spalt zwischen Ringscheibe 27 und Stator 4 strömenden Gase aufnimmt. Der Auslaß 35 ist eine sich im wesentlichen axial erstreckende Bohrung, welche die Nut 32 mit dem Vorvakuumraum verbindet. Einlaß 34 und Auslaß 35 liegen unmittelbar neben¬ einander und sind durch einen Steg (36) voneinander getrennt, um Rückströmungen zu vermeiden. Eine Aufteilung der Nut 32 in zwei oder mehr Nutabschnitte, jeweils mit einem Einlaß 34 und einem Auslaß 35, ist möglich. Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 7 und 8 stützt sich die Welle 10 über ihre Lager 9 zunächst auf der Innenseite eines hülsenförmigen Trägers 41 ab. Das obere Ende des Trägers 41 ist mit einem Kragen 42 ausgerüstet. Das untere Ende des Trägers ragt in eine Ausnehmung 43 eines Gehäusebauteiles 44 hinein, welche nur einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Außendurchmesser des Trägers 41. Ein O-Ring 45 zwischen dem Träger 41 und der Innenseite der Ausnehmung 43 sichert die zentrische Position des Trägers 41. Zur Abstützung des Trägers 41 im Gehäuse 2 sind drei sich im wesentlichen axial erstrek- kende Stäbe 46 vorgesehen, die am Kragen 42 und am Gehäusebau¬ teil 44 befestigt sind. Führt ein in dieser Weise aufgehängter Rotor 8 infolge von Stößen oder beim Durchfahren von Resonanzen Schwingungen aus, dann sind die Amplituden sehr klein und ausschließlich radial gerichtet. Der O-Ring 45 wirkt bei Schwingungen dieser Art als Dämpfungselement. Dadurch können die Pumpspalte zwischen den pumpaktiven Flächen, insbesondere zwischen den Stator- und Rotorringscheiben der Siegbahnstufen, sehr klein ausgebildet und damit eine sehr gute Pumpenwirkung erzielt werden.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe nach der Erfindung, bei der sich der Rotor auf einem feststehenden Zapfen 51 des Gehäuses 2 abstützt und der Antriebsmotor 11 als Außenläufermotor ausgebildet ist. Zur Befestigung der Stäbe 46 ist der Zapfen 51 an seinem oberen Ende mit einem Kragen 52 ausgerüstet. Der hülsenförmige Träger 41 weist an seinem unteren Ende einen nach innen gerichteten Rand 53 auf. Zwischen Kragen 52 und Rand 53 erstrecken sich die Stäbe 46.
Im übrigen schließt sich an den Siegbahn-Pumpenabschnitt druckseitig ein Holweckpumpenabschnitt an, der aus dem Stator¬ ring 55 mit den wendeiförmig gestalteten Vorsprüngen 56 und der Außenseite des zylindrischen Rotorabschnittes 57 besteht. Dieser trägt auf seiner Innenseite den Motorrotor.
An den Holweckpumpenabschnitt schließt sich noch ein Gaedepu - penabschnitt an. Dieser umfaßt statorseitig den Statorring 60 mit zwei umlaufenden Stegen 61, 62, welche die Nut 63 bilden, und rotorseitig den entsprechend verlängerten Rotorabschnitt 57. Den Einlaß in die Gaedepumpenstufen bilden eine oder mehrere Öffnungen 64 (vgl. auch Fig. 10) im oberen Steg 61. Diese liegen unmittelbar neben einem oder mehreren feststehen¬ den, in die Nut 63 hineinragenden VorSprüngen 65, die mit dem Rotor 57 den Sperrspalt 66 bilden. Die Auslaßöffnung(en) 67 befinden sich im unteren Steg 62 und münden in den Vorvakuum- raum der Pumpe 1. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 10 ist die Nut 63 in zwei Abschnitte aufgeteilt. Es sind zwei parallel zueinander angeordnete Gaedepumpenstufen vorgesehen. Sie weisen jeweils die Einlaßöffnung 64 sowie die Auslaßöffnungen 67 auf und erstrecken sich jeweils über etwa 180°. Der Pfeil 68 kennzeichnet die Drehrichtung des Rotors 57.
Bei den Ausführungen nach den Figuren 11 und 12 ist die Nut 63 nicht mehr ringförmig gestaltet. Durch entsprechende Wahl der Nut-Tiefe (oder auch Nut-Breite) haben die sich zwischen Einlaß 64 und Auslaß 67 erstreckenden Abschnitte der Nut 63 einen abnehmenden (Fig. 11) bzw. ständig wechselnden (Fig. 12) Querschnitt. Dadurch wird der gewünschte Druckaufbau erzielt. Bei der Ausführung nach Fig. 12 sind mehrere Kammern 69 vor¬ handen, in denen nacheinander ein relativ langsamer Druckaufbau und eine relativ schnelle Expansion stattfinden. Der Druck nimmt von Kammer zu Kammer zu.
Die Figuren 13 bis 18 zeigen Ausführungsformen für Siegbahn¬ stufen, die mit Gaedestufen kombiniert sind. Die Außendurch¬ messer der rotierenden Ringscheiben 17 sind dazu derart ge¬ wählt, daß zwischen ihrer Peripherie und dem sie umgebenden Stator 4 jeweils ein äußerer Ringraum 71, 72 vorhanden ist. Weiterhin ist der Innendurchmesser der Statorringscheiben 16 derart gewählt, daß jeweils ein innerer Ringraum 73, 74 vor¬ handen ist. Aus Figur 13, welche eine Draufsicht auf eine Statorringscheibe mit zwei spiralförmigen Nuten 19 zeigt, ist ersichtlich, daß sich in den Ringräumen 71, 72 feststehende Vorsprünge 75, 76 bzw. 77, 78 befinden, die gemeinsam mit dem Außenumfang der Rotorringscheiben 16 bzw. dem rotierenden Zentralteil (z.B. Rotor 8 oder Welle 10) Sperrspalte 79, 80 bilden.
Während des Betriebs dreht sich der Rotor in Richtung des Pfeiles 81 (Fig. 13). Diese Drehung bewirkt ein Mitreißen der Gasmoleküle in den beiden Abschnitten des Ringraumes 71 in Richtung der Pfeile 82, 83 (Gaedepumpeffekt) .
Infolge des Vorhandenseins der Vorsprünge 75, 76 werden die Gase in die spiralförmigen Nuten nach innen gefördert (Sieg¬ bahnpumpeffekt) und gelangen dort in die Abschnitte des Ring¬ raumes 73. Dort werden sie in Richtung der Pfeile 84, 85 mitgerissen und gelangen auf der Unterseite der in Figur 13 in Draufsicht dargestellten Statorringscheibe 16 in die Nuten 19, welche derart ausgebildet sind, daß sie die Gase wieder nach außen fördern.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 16 bis 18 sind die pumpaktiven Oberflächen dadurch vergrößert worden, daß die Höhe der äußeren Ringräume 71, 72 größer gewählt worden ist als die Dicke der rotierenden Scheiben 17 und daß die Scheiben 17 mit ihren äußeren Rändern in die Ringräume 71, 72 hineinragen. Die Vorsprünge 75, 76 müssen bei dieser Lösung U-förmig gestaltet sein (fig. 18). Auch innerhalb der inneren Ringräume kann die pumpwirksame Oberfläche vergrößert werden, wenn der rotierende Zentralteil mit Vorsprüngen ausgerüstet ist. Ein Beispiel für einen ringförmig gestalteten Vorsprung 86 ist in Figur 17 gestrichelt eingezeichnet.
Die beschriebenen und in den Figuren 13 bis 18 dargestellten Lösungen für kombinierte Gaede-/Siegbahnstufen können anstelle der in den Pumpen nach den Figuren 1, 4 und 7 wirksamen Sieg¬ bahnstufen vorhanden sein. Besonders geeignet sind die kombi¬ nierten Stufen jedoch für in der Nähe der Vorvakuumseite befindliche Pumpenabschnitte. Die Anzahl der in den jeweiligen Ringräumen 71 bis 74 vorhandener Sperrspalte ist beliebig. Sie ist der Anzahl und der Ausbildung der auf den Statorringschei¬ ben befindlichen Nuten 19 anzupassen.

Claims

Reibungsvakuumpumpe mit unterschiedlich gestalteten Pumpenab¬ schnittenPATENTANSPRÜCHE
1. Reibungsvakuumpumpe (1) mit unterschiedlich gestalteten Pumpenabschnitten, von denen der einlaßseitige Pumpenab¬ schnitt aus Turbomolekularpumpenstufen (14, 15) und ein weiterer Pumpenabschnitt aus Siegbahnstufen (16, 17) mit jeweils spiralförmig gestalteten Nuten (19) besteht, wobei die pumpaktiven Flächen der Siegbahnstufen jeweils von den einander zugewandten Flächen einer Rotor- und einer Statorringscheibe (16, 17) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Statorringscheiben (16) mit den spiralförmigen Nuten (19) ausgerüstet sind.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, sich an die Turbomolekularpumpenstufen (14, 15) anschließende Ringscheibe (16 oder 17) der Siegbahnstu¬ fen eine gegenüber den übrigen Stator- bzw. Rotorring¬ scheiben (16, 17) verringerte Breite hat und Stator- bzw. Rotorschaufeln (27) trägt.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den aus den Siegbahnstufen (16, 17) bestehenden Pumpenabschnitt ein oder mehrere weitere Pumpenabschnitte anschließen, die für den Zwischenbereich zwischen Moleku¬ larströmung und viskoser Strömung geeignet sind.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die weiteren Pumpenabschnitte nach Art einer Krei¬ selrad-Arbeitsmaschine, Seitenkanalpumpe, Holweckpumpe, Gaedepumpe oder dergleichen ausgebildet ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte, vorvakuumseitige Pumpenstufe rotorseitige Lauf- schaufeln (22) und statorseitige Leitschaufeln (23) umfassen, wobei die Leitschaufeln (23) Strömungskanäle (24) bilden, die mit zur Vorvakuumseite gerichteten Öffnungen (25) ausgerüstet sind.
6. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte, vorvakuumseitige Pumpenstufe nach Art einer Seitenkanalpumpe ausgebildet ist, daß eine Rotorring¬ scheibe (28) und eine Statorringscheibe (29) vorgesehen sind, daß in die einander zugewandten Oberflächen der Rotorringscheibe (28) und der Statorringscheibe (29) einander zugewandte Nuten (31, 32) vorgesehen und als Bestandteile der Seitenkanalpumpe ausgebildet sind.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (31, 32) im wesentlichen kreisförmig gestaltet sind und daß ein oder mehrere Nutabschnitte jeweils eine Seitenkanalpumpenstufe bilden.
8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei konzentrisch zueinander angeordnete Nutenpaare vorgesehen sind und Seitenkanalpumpenstufen bilden.
9. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorvakuumseitige Pumpenabschnitt aus einer oder mehreren Gaedepumpenstufen besteht.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander angeordnete, sich radial erstreckende Stege (61, 62) gemeinsam mit einem zylindrischen Rotorab¬ schnitt (57) eine oder mehrere Gaedepumpenstufen bilden, indem die von den Stegen (61, 62) gebildete Nut (63) mit ein oder mehreren Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen (64, 67) und einem oder mehreren Vorsprüngen (65) zur Bildung eines oder mehrerer Sperrspalte (66) ausgerüstet sind.
11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (63) oder ein sich von einem Einlaß (64) zu einem Auslaß (67) erstreckender Abschnitt der Nut (63) einen kontinuierlich abnehmenden Querschnitt hat.
12. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (63) oder ein sich vom Einlaß (64) zum Auslaß (67) erstreckender Abschnitt der Nut (63) einen ständig wech¬ selnden Querschnitt hat.
13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nut (63) oder eines Abschnittes der Nut (63) derart gestaltet ist, daß nacheinander mehrfach ein relativ langsamer Druckaufbau und eine relativ schnelle Expansion stattfinden.
14. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne , daß mindestens eine der Siegbahnstufen (16, 17) mit einer Gaedestufe kombiniert ist.
15. Pumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Rotorringscheibe (17) mit dem Stator (4) einen äußeren Ringraum (71, 72) bildet, der insgesamt oder abschnittsweise als Gaedepumpenstufe mit einem oder mehreren Vorsprüngen (75, 76) ausgebildet ist.
16. Pumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Statorringscheibe (16) mit dem Rotor (8) einen Ringraum (73, 74) bildet, der insgesamt oder abschnittsweise als Gaedepumpenstufe ausgebildet ist.
17. Pumpe nach einem der Ansprüche 14, 15, 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Höhe der äußeren Ringräume (71, 72) größer ist als die Dicke der Rotorringscheiben (17) und daß die Scheiben (17) mit ihren äußeren Rändern in die Ringräume (71, 72) hineinragen.
18. Pumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Rotor (8) im Bereich der inneren Ring¬ räume (73, 74) mit Mitteln (86) zur Vergrößerung der pumpaktiven Oberfläche ausgerüstet ist.
19. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor (8) über Lager (9) auf der Innenseite eines hülsenförmigen Trägers (41) abstützt und daß sich der Träger (41) seinerseits über mehrere, vorzugsweise drei sich im wesentlichen axial erstreckende Stäbe (46) im Gehäuse (2) abstützt.
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