[0001] Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe zur Förderung von Gasen und zur Erzeugung
von Hochvakuum nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.
[0002] Zur Erzeugung von Hochvakuum sind Kombinationen von verschiedenen Typen von Vakuumpumpen
notwendig, da der weite Druckbereich zwischen Atmosphärendruck und ca. 10
-4 mbar oder kleiner mehrere Strömungsbereiche umfaßt, in denen die physikalischen Eigenschaften
von Zuständen und Strömungen der Gase jeweils anderen Gesetzen unterworfen sind.
[0003] 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 Turbomolekularpumpe als Hochvakuumpumpe und
einer Drehschieberpumpe, welche gegen Atmosphärendruck ausstößt. Pumpstände, bestehend
aus mindestens zwei Vakuumpumpen, 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.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe zu entwickeln, welche
den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis Hochvakuumdruck von ca. 10
-4 mbar und kleiner umfaßt. Die Pumpe soll aus einem Stück bestehen und einen kompakten
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 aufweisen, um den Anforderungen im praktischen
Einsatz gerecht zu werden. Eine zu verlässige und sichere Betriebsweise ist eine der
Grundvoraussetzungen. Als weiteres Ziel wird ein schmiermittelfreier Betrieb auf der
Hochvakuumseite angestrebt.
[0005] Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst.
Die Ansprüche 2 - 9 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
[0006] Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Vakuumpumpe vorgestellt, die in kompakter
Bauweise den gesamten Druckbereich von Atmosphärendruck bis in den Hochvakuumbereich
abdeckt. Durch die parallele Anordnung der Gasreibungspumpen auf der Hochvakuumseite
wird ein zweiflutiger Ansaugbereich gebildet, der ein hohes Saugvermögen ermöglicht.
Innerhalb der Gasreibungspumpe wird das angesaugte Gas ausreichend verdichtet, so
dass die nachfolgende Pumpe nur noch einflutig zu sein braucht. Diese Kombination
zusammen mit dem Merkmal, dass die beiden Gasströme der Gasreibungspumpe innerhalb
dieser zusammengeführt und dem Ansaugraum der nachfolgenden Stufe zugeführt werden,
ermöglicht die kompakte Bauweise und reduziert die Baugröße und den konstruktiven
Aufwand erheblich. Dadurch, dass die vorliegende Anordnung es ermöglicht, die Wellenlager
an beiden Enden des Rotors anzubringen, ergibt sich eine stabile Lagerung, bei der
Lager mit geringem Durchmesser eingesetzt werden können, welche einen problemlosen
Betrieb bei hohen Drehzahlen erlauben. Außerdem sind die Lager durch die Gasreibungspumpe
von der Hochvakuumseite getrennt, was den Vorteil mit sich bringt, dass die Hochvakuumseite
als schmiermittelfrei angesehen werden kann.
[0007] Die bauliche Anordnung und die Betriebsweise bieten an, die Gasreibungspumpe als
Holweckpumpe auszubilden. Diese eignet sich besonders dazu, auf engem Raum ein maximales
Druckverhältnis auszubilden. Durch die zweiflutige Anordnung wird das geforderte Saugvermögen
erreicht.
[0008] Für die nachfolgende Pumpe wird vorteilhafterweise eine Seitenkanalpumpe verwendet.
Diese eignet sich besonders dazu, dass von den parallelen Gasreibungspumpen ausgestoßene
Gas bis Atmosphärendruck zu verdichten. Bei hohem Gasanfall kann unter Umgehung der
letzten, dem Atmosphärendruck zugewandten Stufen eine Zwischenstufe direkt an den
Gasausstoßflansch über eine Verbindungsleitung angeschlossen werden. Die großen Gasmengen
müssen dann nicht durch die geometrisch kleiner dimensionierten Endstufen gepumpt
werden, was lange Pumpzeiten zur Folge hätte. Bei geringeren Gasmengen wird die Verbindungsleitung
durch ein Überdruckventil geschlossen und die Verdichtung bis zum Atmosphärendruck
erfolgt über die letzten Pumpstufen. Diese Maßnahme ist nicht auf das hier vorliegende
Beispiel einer Seitenkanalpumpe beschränkt, sondern kann auf alle anderen, nach höheren
Drücken hin ausstoßenden mehrstufigen Pumpen angewandt werden.
[0009] Ein großer Vorteil für die Seitenkanalpumpe ist es, dass deren Statorelemente aus
ungeteilten Scheiben bestehen, wie in Anspruch 5 erwähnt. Die übliche Bauweise, bei
der geteilte Scheiben zwischen die Rotorscheiben montiert werden, hat zur Folge, dass
durch die entstehenden Spalte Rückströmungen ermöglicht werden, welche Verluste darstellen
und das Druckverhältnis erheblich vermindern. Dieser entscheidende Nachteil von Seitenkanalpumpen
wird durch die erfindungsgemäßen einstückigen Statorscheiben vermieden. Die Verwendung
von ungeteilten Statorelementen ist jedoch nur möglich, wenn die Rotorelemente, wie
in Anspruch 6 beschrieben, mit Klemmringen auf dem Rotor befestigt werden, denn nur
so können Rotor- und Statorelemente nacheinander montiert und optimale Axialspiele
eingehalten werden.
[0010] Anhand der einzigen Abbildung soll die Erfindung näher erläutert werden. Bei diesem
Beispiel ist die Gasreibungspumpe als Holweckpumpe und die nachfolgende Pumpe als
Seitenkanalpumpe ausgebildet.
[0011] In dem Pumpengehäuse 1 mit Ansaugflansch 2 und Gasausstoßflansch 3 sind die beiden
parallelen Stufen der Gasreibungspumpe nach der Bauart von Holweck 6 und 7 und die
Seitenkanalpumpe 8 untergebracht. Die Rotorelemente 10, 11a, 11b und 13 der beiden
Pumpen befinden sich auf der gemeinsamen Welle 4. Diese ist in den beiden Lagern 9a
und 9b zentriert. Dabei befindet sich das Lager 9a im Bereich des Atmosphärendruckes
und das Lager 9b im Bereich des Vorvakuumdruckes. In diesem Bereich befindet sich
auch die Antriebsanordnung 5. Die Rotorelemente der zweiflutigen Holweckpumpe bestehen
aus einem Tragring 10, auf welchem zylindrische Bauteile 11a und 11b für die beiden
parallelen Pumpstufen untergebracht sind. Zusammen mit den Statorelementen 12a und
12b, welche als Spiralrillen ausgebildet die zylindrischen Rotorelemente 11a und 11b
umgeben, bilden sie jeweils zwei zweistufige Holweckpumpen.
[0012] Die Seitenkanalpumpe besteht aus den einstückigen Rotorscheiben 13, welche mit Klemmringen
14 auf dem Rotor 4 befestigt sind. Dazwischen befinden sich die Statorbauteile 15
mit den Förderkanälen 16.
[0013] Die Gasförderung erfolgt entsprechend den in der Abbildung eingetragenen Pfeilen.
Zunächst wird das Gas von dem Ansaugbereich 22 über die parallel pumpenden Holweckstufen
6 und 7, welche aus jeweils zwei in Serie geschalteten Pumpstufen 11a / 12a und 11b
/ 12b bestehen, in die Ausstoßbereiche 23 und 24 gefördert. Durch Verbindungselemente
26 zwischen diesen beiden Bereichen werden die Gasströme in den Ausstoßraum 25 der
Gasreibungspumpe zusammengeführt. Über Verbindungselemente 28 gelangt der Gasstrom
von dem Ausstoßraum 25 in den Ansaugraum 27 der Seitenkanalpumpe. Hier wird das Gas
in mehreren Pumpstufen, welche über Kanäle 20 miteinander verbunden sind, bis auf
Atmosphärendruck verdichtet und über den Ausstoßraum 29 dem Gasausstoßflansch 3 zugeführt.
Von einer Zwischenstufe der Seitenkanalpumpe führt eine Verbindungsleitung 30 über
ein Überdruckventil 31 direkt zum Gasausstoßflansch 3.
1. Vakuumpumpe, bestehend aus zwei ein- oder mehrstufigen Gasreibungspumpen (6) und (7)
und einer mehrstufigen nachgeschalteten Pumpe (8), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasreibungspumpen in Strömungsrichtung parallel angeordnet sind derart,
dass der angesaugte Gasstrom im Ansaugbereich (22) in zwei Teilströme geteilt wird
und jeder dieser Teilströme durch die zugeordnete Gasreibungspumpe von dem Ansaugbereich
(22) zu dem jeweiligen Ausstoßbereich (23) bzw. (24) gefördert wird und anschließend
die beiden Gasströme über Verbindungselemente (26) in einem Ausstoßraum (25) zusammengeführt
werden und dass der Ausstoßraum mit dem Ansaugraum (27) der nachgeschalteten Pumpe
(8) über Leitungen (28) verbunden ist derart, dass die nachgeschaltete Pumpe das Gas
weiter verdichtetet.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgeschaltete Pumpe (8) das Gas in einen weiteren Ausstoßraum (29) fördert.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Zwischenstufe der nachgeschalteten Pumpe (8) aus eine Verbindungsleitung
(30) zum Gasausstoßflansch (3) führt und in der Verbindungsleitung ein Überdruckventil
(31) angebracht ist.
4. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasreibungspumpen (6) und (7) nach der Bauart von Holweck ausgebildet
sind.
5. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (26) aus axialen Bohrungen bestehen, die innerhalb der Gasreibungspumpe
(6) und (7) angebracht sind.
6. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgeschaltete Pumpe (8) eine Seitenkanalpumpe ist.
7. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelemente (15) der Seitenkanalpumpe aus ungeteilten Scheiben bestehen.
8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorelemente (13) der Seitenkanalpumpe mittels Klemmringen (14) auf der Rotorwelle
(4) befestigt sind.
9. Vakuumpumpe nach der Art einer Seitenkanalpumpe, bestehend aus mehreren Stufen zum
Fördern und Verdichten von Gasen bis zum Atmosphärendruck, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Stufe aus unter Umgehung der letzten, dem Atmosphärendruck zugewandten
Stufe eine Verbindungsleitung (30) zum Gasausstoßflansch (3) führt und in der Verbindungsleitung
ein Überdruckventil (31) angebracht ist.