Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät mit einer Reibungsvakuumpumpe und mit einem Gehäuse, in dem sich mindestens eine evakuierbare Kammer befindet, sowie mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein Gerät dieser Art ist aus der EP-A-0 603 694 (= DE 43 31 589) bekannt. Die zugehörige Reibungsvakuumpumpe ist mit mehreren Anschlussöffnungen ausgerüstet. Diese haben jeweils ein unterschiedliches Druckniveau. Reibungsvakuumpumpen dieser Art dienen vorzugsweise der Evakuierung von Korpuskularstrahlgeräten (z. B. Massenspektrometern) mit durch Blenden voneinander getrennten Kammern, in denen während des Betriebs des Korpuskularstrahlgerätes unterschiedliche Drücke erzeugt und aufrecht erhalten werden soll. Solche Geräte mit den zugehörigen, zu evakuierbaren Kammern befinden sich in einem unabhängigen Gehäuse. Mit diesem Gehäuse sind die Anschlussöffnungen der Reibungsvakuumpumpe über ein separates Anschlussgehäuse mit relativ langen Anschlussleitungen (15, 26, 17) verbunden mit dem Nachteil relativ hoher Leitwertverluste.
Aus den Dokumenten DE-A-34 02 549 und DE-A-43 14 419 sind weitere Reibungsvakuumpumpen (Turbomolekularpumpen, Pumpen mit Turbomolekularpumpenstufen und anderen Reibungspumpenstufen) mit einer Bauart bekannt, wie sie z. Zt. üblich ist und auf dem Markt angeboten wird. Sie besitzen ein Chassis, das mit dem Antriebsmotor ausgerüstet ist und auf dem sich der Rotor abstützt. Außerdem stützt sich das Gehäuse der Pumpe auf dem Chassis ab. Es umgibt den Rotor und den Stator und auch mehr oder weniger das Chassis. Das Gehäuse sichert die Zuordnung der genannten Bauteile zueinander. Weiterhin hat es die Aufgabe, den aus Statorhalbring-Scheiben und Distanzringen bestehenden Stator exakt zu zentrieren, damit die bei Reibungsvakuumpumpen notwendigen kleinen Spalte eingehalten werden können. Das Gehäuse dichtet die Vakuumpumpe nach außen hin ab. Schließlich ist es mit dem stirnseitig angeordneten Anschlussflansch ausgerüstet, mit dem die Reibungsvakuumpumpen an Einrichtungen mit zu evakuierenden Kammern angeschlossen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gerät der hier betroffenen Art mit einer wesentlich verbesserten Anschluss-Geometrie zwischen der/den zu evakuierenden Kammern und der Reibungsvakuumpumpe zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent-Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese Maßnahmen wird es möglich, auf ein separates, aufwendiges Anschlussgehäuse verzichten zu können. Außerdem werden Leitwertverluste durch die kammernahe Anbindung der Reibungsvakuumpumpe klein gehalten und damit die prozessabhängigen niedrigen Kammerdrücke technisch günstig realisiert. Eine optimale Leitwert-Situation wird erreicht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Reibungspumpe eingesetzt werden kann, bei der die eingangs beschriebenen Funktionen des bisher üblichen, einteiligen Gehäuses auf zwei Bauteile verteilt sind. Ein inneres Bauteil sichert die Zuordnung von Chassis, Stator und Rotor zueinander. Dadurch entsteht eine Reibungsvakuumpumpe in Form eines Einschubs, die bereits vielen Funktionsprüfungen, z. B. der des Auswuchtens, unterworfen werden kann. Das äußere Gehäuse hat die Aufgabe, die auch ohne äußeres Gehäuse funktionstüchtige Reibungsvakuumpumpe an die Applikation des Kunden anzupassen. Es ist nicht mehr erforderlich, eine Vielfalt von Reibungspumpentypen herzustellen oder bereitzuhalten, sondern lediglich eine oder wenige universelle, kompakte und funktionsfähige Pumpeinheiten (Einschübe, Kartuschen). Es reicht aus, den Kunden über die äußeren Abmessungen der einschubförmigen Reibungsvakuumpumpe zu informieren. Eine besonders einfache Lösung für ihn besteht darin, dass er in dem Gehäuse oder Gehäuseteil seiner mit der Bohrung versehenden Einrichtung (Anlage, Gerät oder dergleichen mit einer oder mehreren zu evakuierenden Kammern) lediglich eine einschubförmige Reibungsvakuumpumpe einsetzen kann. Im betriebsfertigen Zustand bildet dann das Gehäuse oder Gehäuseteil der Einrichtung des Kunden das zweite äußere Gehäuse der erfindungsgemäßen Reibungsvakuumpumpe.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
In Figur 1 ist eine Reibungsvakuumpumpe 1 mit Stator 3, Rotor 4 und Chassis 5 dargestellt. Im Chassis 5 befindet sich der Motorantrieb 6, 7, dessen Anker 7 sich über die Lager 8 im Chassis 5 abstützt. Mit dem Anker 7 ist die aus dem Chassis 5 herausgeführte Welle 9 verbunden, die den Rotor 4 trägt. Die Drehachse des Rotorsystems ist mit 11 bezeichnet.
Insgesamt besitzt die Reibungsvakuumpumpe 1 nach Figur 1 drei Pumpstufen 12, 13, 14, von denen zwei (12, 13) als Turbomolekularvakuumpumpstufen und eine (14) als Molekular(Holweck)-Pumpstufe ausgebildet sind. An die Molekularpumpstufe 14 schließt sich der Auslass der Pumpe 17 an.
Erfindungsgemäß ist die Pumpe 1 mit zwei Gehäusen 18, 19 ausgerüstet. Das innere Gehäuse 18 ist im wesentlichen zylindrisch und umgibt den Stator 3. Auf seiner hochvakuumseitigen Stirnseite ist es mit einem nach innen gerichteten Rand 20 ausgerüstet, der dem Stator 3 aufliegt und in diesem Falle gleichzeitig den oberen Statorring bildet. Vorvakuumseitig ist das Gehäuse 18 am Chassis 5 befestigt, und zwar mit Hilfe des Flansches 21. Flansch 21 und Chassis 5 sind vakuumdicht miteinander verbunden. Dazu ist zwischen dem Flansch 21 und dem Chassis 5 der Dichtring 21' angeordnet.
Das äußere Gehäuse 19 besitzt eine innere Bohrung 22 mit einer einwärts gerichteten Stufung 23, deren Höhe der Breite des Randes 20 am ersten Gehäuse 18 entspricht. Zwecks Abdichtung des Spaltes zwischen den beiden Gehäusen 18, 19 zur Hochvakuumseite der Pumpe 1 hin befindet sich zwischen deren Rand 20 und der Stufung 23 eine Dichtung 24, die zweckmäßig in die Stirnseite des Gehäuses 18 eingelassen ist. Auch eine radiale Abdichtung ist möglich. Vorvakuumseitig besitzt auch das Gehäuse 19 eine Vorrichtung, z.B. den Flansch 25, mit dem es am Chassis 5 oder auch am Gehäuse 18 befestigt ist. Nach dem Lösen dieser Befestigung kann die vom inneren Gehäuse 18 und den darin befindlichen Bauteilen gebildete Einheit als Ganzes aus der Bohrung 22 herausgenommen werden. Sie bildet einen vom zweiten Gehäuse 19 unabhängigen Einschub 27.
Die erste, hochvakuumseitig gelegene Pumpstufe 12 besteht aus vier Paaren von Rotorschaufelreihen und Statorschaufelreihen. Ihr Einlass, die wirksame Gasdurchtrittsfläche, ist mit 26 bezeichnet. Der Rand 20 des Gehäuses 18 umgibt die Gasdurchtrittsfläche 26 und bildet eine Durchtrittsöffnung 28 für in die Pumpe 1 eintretenden Gase. An die erste Pumpstufe 12 schließt sich die zweite Pumpstufe 13 an, die aus drei Paaren von je einer Statorschaufelreihe und einer Rotorschaufelreihe besteht. Ihr Einlass ist mit 29 bezeichnet.
Die zweite Pumpstufe 13 ist von der ersten Pumpstufe 12 beabstandet. Der gewählte Abstand (Höhe) a sichert die freie Zugänglichkeit der zu fördernden Gasmoleküle zum Gaseinlass 29. Zweckmäßig ist der Abstand a größer als ein Viertel, vorzugsweise größer als ein Drittel des Durchmessers des Rotorsystems 4.
Die sich daran anschließende Holweck-Pumpe umfasst einen rotierenden Zylinderabschnitt 30, dem außen und innen in bekannter Weise mit jeweils einer Gewindenut 31, 32 ausgerüstete Statorelemente 33, 34 gegenüberstehen.
Eine weitere, vom inneren Gehäuse 18 gebildete Gasdurchtrittsöffnung ist seitlich angeordnet und mit 35 bezeichnet. Sie dient dem Durchtritt von Gasen, die unmittelbar dem Einlass 29 der zweiten Pumpstufe 13 zugeführt werden.
Das äußere Gehäuse 19 hat die Aufgabe, die Pumpe 1 bzw. zwei Pumpenstufen (12, 13) dieser Pumpe mit der Einrichtung des Kunden zu verbinden. Das Gehäuse 19 ist beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 derart ausgebildet, dass sich die Ebenen sämtlicher Anschlussöffnungen 36, 37 seitlich befinden. Dadurch ist insbesondere der Abstand der Öffnung 37 zum zugehörigen Gaseinlass 29 sehr klein, so dass das Saugvermögen der Pumpstufe 13 beeinträchtigende Leitwertverluste vernachlässigbar sind. Dieses würde auch für jede weitere Anschlussöffnung gelten, die stromabwärts von der Anschlussöffnung 37 gelegen wäre. Im übrigen überschreitet der Durchmesser der Anschlussöffnung 37 die Höhe a um etwa das Doppelte. Auch diese Maßnahme dient der Verringerung der Leitwertverluste zwischen Einlass 29 und Anschlussöffnung 37. Die seitlichen Anschlussöffnungen können mit je einem Flansch ausgerüstet sein. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein gemeinsamer Flansch 39 vorgesehen.
Die dargestellte Pumpe 1 bzw. ihre pumpwirksamen Elemente (Stator-, Rotorschaufeln, Gewindestufen) sind zweckmäßig derart ausgebildet, dass im Bereich der Anschlussöffnung 36 ein Druck von 10-4 bis 10-7, vorzugsweise 10-5 bis 10-6, und im Bereich der Anschlussöffnung 37 ein Druck von etwa 10-2 bis 10-4 mbar erzeugt wird. Dadurch ergibt sich für die erste Pumpstufe 12 die Notwendigkeit, für ein Kompressionsverhältnis von 102 bis 104, vorzugsweise größer 100, zu sorgen. Mit der zweiten Pumpstufe soll ein hohes Saugvermögen erzeugt werden (z.B. 200 l/s). Die sich anschließende, zweistufige Holweck-Pumpstufe (29, 30; 29, 31) sichert eine hohe Vorvakuumbeständigkeit, so dass üblicherweise das Saugvermögen der zweiten Pumpstufe vom Vorvakuumdruck unabhängig ist.
Für den Fall, dass im Bereich der Anschlussöffnung 36 ein besonders hohes Saugvermögen nicht gefordert wird, kann dieses Ziel durch entsprechende Gestaltung der Schaufeln der ersten Pumpstufe 12 erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, vor dem Einlass 26 der ersten Pumpstufe eine Blende 38 anzuordnen, deren Innendurchmesser das gewünschte Saugvermögen bestimmt.
Figur 2 zeigt eine Einrichtung 51 nach der Erfindung mit zu evakuierenden Kammern 52, 53, 54 und einer einschubförmigen Einheit 27, wie sie zu Figur 1 beschrieben wurde. Das Gehäuse der Einrichtung - z.B. ein Korpuskularstrahlgerät - ist im wesentlichen einstückig ausgebildet und mit 55 bezeichnet. In unmittelbarer Nähe der zu evakuierenden Kammern 53, 54 ist das Gehäuse mit der Bohrung 22 ausgerüstet, in der sich der Einschub 27 befindet. Über die Gasdurchtrittsöffnungen 28, 35 im Gehäuse 18 des Einschubs 27 und die Anschlussöffnungen 36, 37 stehen die Kammern 53, 54 mit den jeweiligen Einlässen 26, 29 in Verbindung. Durch die Integration des Einschubs 27 im Gehäuse der Einrichtung 51 entfallen gesonderte Anschlussmittel. Die Abstände zwischen den zu evakuierenden Kammern 53, 54 und den Einlässen 26, 29 sind optimal klein.
Der Kern der vorliegenden Idee liegt darin, dass eine weitgehend funktionsfähige Einheit (Einschub, Kartusche) einer Reibungsvakuumpumpe in einem der Applikation angepassten Gehäuse lösbar gehaltert ist. Das bisher beschriebene innere Gehäuse 18 hat die Aufgabe, die Funktionselemente der Reibungsvakuumpumpe zu der gewünschten Einheit zusammenzufassen. Anstelle des Gehäuses können auch andere Bauteile - z.B. Zuganker, Klammern oder dgl. - vorhanden sein, die diese Aufgabe erfüllen. Wesentlich ist, dass für die Erfüllung der Funktionen des sonst üblichen Gehäuses beim Gegenstand der Erfindung zwei Bauelemente 18 bzw. 19, 55 vorgesehen sind. Bei den Ausführungen nach den Figuren 1 bis 3 werden die beiden Bauelemente von zwei konzentrischen Gehäusen gebildet, von denen das innere der Zentrierung, Zuordnung und Halterung von Chassis 5, Stator 3 und Rotor 4 dient, welche dadurch den bereits betriebsfähigen, vom äußeren Gehäuse unabhängigen Einschub bilden. Das äußere Gehäuse 19, 55 dichtet die Vakuumpumpe nach außen ab und dient der Verbindung mit den zu evakuierenden Kammern, sei es über Anschlussflansche oder dadurch, dass es bereits Bestandteil der Einrichtung mit den zu evakuierenden Kammern ist.
Besonders zweckmäßig ist es, beim inneren Einschub das innere Gehäuse durch ein Zugankersystem zu ersetzen. Dieses ermöglicht eine kompaktere Gestaltung des inneren Einschubs. Außerdem können vom Zugankersystem zusammengehaltene Bauteile einfacher hergestellt werden. Beispielsweise übernehmen die Zuganker die Zentrierung von Statorringen, so dass diese selbst nicht mehr mit Zentriermitteln ausgerüstet sein müssen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele (Figur 3: Längsschnitt durch einen Einschub 27; Figur 4: Querschnitt durch einen Einschub 27 in Höhe der Gasdurchtrittsöffnung 35) für einen inneren Einschub 27 mit einem Zugankersystem 61. Dieses umfasst drei bis sechs (oder mehr) Zuganker 62 sowie Bohrungen und Gewinde in den Bauteilen (Chassis 5, Stator 3), die vom Zugankersystem 61 zu einer Baueinheit zusammengefügt werden sollen.
Die Figuren 3 und 4 lassen erkennen, dass sich die Gasdurchtrittsöffnung 35 über den gesamten Umfang des Einschubs 27 erstreckt und nur durch die Zuganker 62 unterbrochen ist. Der Zugang der Gasmoleküle zum Einlass 29 der Pumpstufe 13 (in Figur 4 in Draufsicht dargestellt) ist dadurch nahezu ungehindert frei. Die Befestigung des äußeren Gehäuses - sei es das zweite Gehäuse 18, das weitere Funktionen eines Pumpgehäuses erfüllt, oder ein Gehäuse 55, das Bestandteil eines Gerätes mit zu evakuierenden Kammern ist - erfolgt am Flansch 21 des Chassis 5.
Figur 3 lässt den Aufbau besonders vorteilhaft gestalteter Zuganker 62 erkennen. Sie sind zweiteilig ausgebildet. Die vorvakuumseitigen Zugankerabschnitte 63 mit ihren Köpfen 64 durchsetzen die Statorringe der Pumpstufe 13 und das äußere Statorelement 33 der Pumpstufe 14. Ihre mit einem Gewinde versehenen Enden sind in den Flansch 21 des Chassis 5 eingeschraubt. Die Länge der Köpfe 64 bestimmt die axiale Ausdehnung der Gasdurchtrittsöffnung 35.
Im Bereich ihrer hochvakuumseitigen Stirnseite sind die Köpfe 64 jeweils mit einem Innengewinde versehen, in die jeweils hochvakuumseitige Zugankerabschnitte 65 einschraubbar sind. Ihre Köpfe 66 liegen dem obersten Statorring der Pumpstufe 13 auf. In übrigen durchsetzen sie die Statorringe der Pumpstufe 12 und bewirken dadurch im eingeschraubten Zustand nicht nur eine Verbindung der Hochvakuumstufe 12 mit den übrigen Stufen 13 und 14 sondern auch eine Zentrierung der Statorringe.