Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe.
Vakuumpumpen wie z.B. Turbomolekularpumpen werden in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt, um ein für einen jeweiligen Prozess notwendiges Vakuum zu schaffen. Turbomolekularpumpen umfassen einen Stator mit mehreren in Richtung einer Rotationsachse aufeinanderfolgenden Statorscheiben, die jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen, und einen relativ zu dem Stator um die Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle und mehrere auf der Rotorwelle angeordnete, in axialer Richtung aufeinanderfolgende und zwischen den Statorscheiben angeordnete Rotorscheiben umfasst, die jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen.
Konstruktionsbedingt weist eine solche Vakuumpumpe dynamische Dichtbereiche auf, zum Beispiel Dichtspalte zwischen den radialen äußeren Enden der Rotorscheiben und dem Stator bzw. zwischen den radialen inneren Enden der Statorscheiben und dem Rotor, welche infolge ihrer nur unzureichenden Dichtheit eine unerwünschte Rückströmung des Gases entgegen der Förderrichtung ermöglichen, welche die Saugleistung und die Kompression der Vakuumpumpe herabsetzt. Eine Verringerung der Spaltweiten bestehender Dichtspalte zur Reduzierung der Rückströmung ist nur bedingt möglich, da bei zu geringen Spaltweiten die Gefahr einer Kollision zwischen dem Rotor und dem Stator bei dem Betrieb der Vakuumpumpe besteht und der Aufwand für die Herstellung der Vakuumpumpe infolge der höheren Anforderungen an die Toleranzen der Bauteile steigt.
Aus
Dennoch findet eine Rückströmung durch diesen Dichtspalt statt, da das zurückströmende Gas auf dem Weg durch die Statorscheibe hindurch in radialer Richtung nach außen strömen und dadurch in den Bereich des radialen Dichtspalts der stromaufwärtigen Rotortscheibe gelangen kann. Außerdem erhöhen die Blendelemente die axiale Bauhöhe der Vakuumpumpe und müssen als zusätzliche Elemente vorgesehen und an den Statorelementen angebracht werden, wodurch der Aufwand für die Bereitstellung der Vakuumpumpe erhöht wird.
Aus der
In der
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vakuumpumpe anzugeben, welche eine verbesserte Pump-Performance, insbesondere ein hohes Saugvermögen und eine hohe Kompression, aufweist und mit geringem Aufwand bereitgestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vakuumpumpe umfasst einen Stator mit mehreren in Richtung einer Rotationsachse aufeinanderfolgenden Statorscheiben, die jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen, und einen relativ zu dem Stator um die Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle und mehrere auf der Rotorwelle angeordnete, in axialer Richtung aufeinanderfolgende und zwischen den Statorscheiben angeordnete Rotorscheiben umfasst, die jeweils eine pumpaktive Struktur aufweisen. Zumindest eine Statorscheibe und zumindest eine Rotorscheibe begrenzen einen zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten radialen Dichtspalt. Der Dichtspalt verläuft zumindest abschnittsweise schräg zu der Rotationsachse.
Dadurch, dass der Dichtspalt zumindest abschnittsweise und insbesondere über seine gesamte Länge schräg zu der Rotationsachse verläuft, wird die Länge des Dichtspalts erhöht und dessen Dichtheit verbessert. Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, lässt sich ein solcher schräger Dichtspalt außerdem besonders einfach realisieren, zum Beispiel indem der Dichtspalt zumindest abschnittsweise von einem Fußabschnitt oder Bundabschnitt der Rotorscheibe begrenzt ist, welcher schräg zu der Rotationsachse verläuft. Der schräge Dichtspalt bzw. ein oder jeder schräge Abschnitt des Dichtspalts kann eine gerade oder gekrümmte Form aufweisen oder sich stufenförmig in einer zu der Rotationsachse schrägen Richtung erstrecken.
Die den Dichtspalt begrenzende Statorscheibe und die den Dichtspalt begrenzende Rotorscheibe weisen jeweils einen Innenring auf, der die pumpaktive Struktur der jeweiligen Scheibe trägt, wobei zumindest ein Abschnitt des Dichtspalts, der schräg zu der Rotationsachse verläuft, durch den Innenring der Statorscheibe und durch den Innenring der Rotorscheibe begrenzt ist. Dadurch kann ohne zusätzliche Elemente ein Dichtspalt mit vorteilhaften Eigenschaften geschaffen werden. Den Dichtspalt begrenzende Oberflächen liegen in radialer Richtung einander gegenüber und sind zumindest näherungsweise parallel zueinander.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren beschrieben.
Der Spalt weist vorzugsweise eine zumindest näherungsweise konstante Spaltweite auf.
Die Vakuumpumpe ist bevorzugt eine Turbomolekularpumpe. Die Vakuumpumpe kann auch eine Seitenkanalpumpe sein.
Der Ring der Rotorscheibe ist vorzugsweise auf der Rotorwelle angeordnet, um die Rotorscheibe mit der Rotorwelle zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der den Dichtspalt begrenzender Innenring der Rotorscheibe einen in axialer Richtung vorstehenden Bundabschnitt auf, wobei zumindest ein Abschnitt des Dichtspalts, der schräg zu der Rotationsachse verläuft, durch den Bundabschnitt begrenzt ist. Der Bundabschnitt ist vorzugsweise mit der Rotorwelle verbunden und kann somit im Rahmen der Erfindung gleichzeitig zur Anbindung der Rotorscheibe an der Rotorwelle und zur Schaffung des zu der Rotationsachse schrägen Dichtspalts dienen.
Der Bundabschnitt kann entweder mit der Welle einstückig ausgebildet oder als separates Teil ausgeführt und mit der Welle verbunden sein.
Der Bundabschnitt kann eine sich in radialer Richtung zu der Rotorwelle hin verbreiternde Form aufweisen, wodurch eine mechanisch besonders gute Verbindung der Rotorscheibe mit der Rotorwelle geschaffen werden kann. Eine im Bereich der Verbreiterung vorhandene Oberfläche des Bundabschnitts kann dabei zur Begrenzung zumindest eines zu der Rotationsachse schrägen Abschnitts des Dichtspalts dienen. Der schräge Abschnitt des Dichtspalts kann dabei in axialer Richtung von der Rotorscheibe zu der Statorscheibe gesehen in radialer Richtung zu der Rotorwelle hin verlaufen. Dadurch, dass der Zwischenraum zwischen dem sich verbreiternden Bundabschnitt und dem Stator als schräger Dichtspalt bzw. Dichtspaltabschnitt ausgebildet ist, wird in diesem Bereich eine gute Dichtwirkung erzielt und es wird das Problem vermieden, dass die sich verbreiternde Form des Bundabschnitts einen ausgedehnten Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator bedingt, der eine übermäßige Rückströmung zulässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist ein den Dichtspalt begrenzender Ring, insbesondere der Statorscheibe, einen in radialer Richtung abstehenden Fortsatz auf, wobei zumindest ein Abschnitt des Dichtspalts, der schräg zu der Rotationsachse verläuft, durch den Fortsatz begrenzt ist. Vorzugsweise begrenzt ein Fortsatz der Statorscheibe den schrägen Abschnitt des Dichtspalts gemeinsam mit einem wie vorstehend beschriebenen Bundabschnitt der Rotorscheibe. Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Ausgestaltung des Zwischenraums zwischen dem Bundabschnitt und dem Stator als Dichtspalt bzw. Dichtspaltabschnitt eine hohe Rückströmung im Bereich des sich verbreiternden Bundabschnitts verhindert. Die Statorscheibe mit dem Ring und dem Fortsatz ist bevorzugt einteilig durch einen einzigen Körper gebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Dichtspalt zumindest zwei Abschnitte auf, die schräg zu der Rotationsachse und in einem Winkel zueinander verlaufen, wobei vorzugsweise beide Abschnitte jeweils durch eine Statorscheibe einerseits und jeweils eine von zwei zu der Statorscheibe benachbarten Rotorscheiben andererseits begrenzt sind. Die beiden Abschnitte können einen V-förmigen Dichtspalt bilden. Beide Abschnitte können durch einen wie vorstehend beschriebenen radial abstehenden Fortsatz der Statorscheibe einerseits und einen Bundabschnitt der jeweiligen Rotorscheibe andererseits begrenzt sein. Die beiden Abschnitte des Dichtspalts können in axialer Richtung von der jeweiligen Rotorscheibe zu der Statorscheibe hin gesehen in radialer Richtung nach innen verlaufen bzw. der Scheitel der V-Form des Dichtspalts kann zu der Rotorwelle hin weisen.
Gemäß einem Beispiel kann ferner zumindest ein statorseitiger Dichtabschnitt vorgesehen sein, der den Dichtspalt in axialer Richtung entgegen der Förderrichtung betrachtet zumindest teilweise abdeckt und bezogen auf die Förderrichtung vor und/oder neben der pumpaktiven Struktur der in Förderrichtung auf die Rotorscheibe folgenden Statorscheibe angeordnet ist.
Der Dichtabschnitt stellt dadurch ein Hindernis für eine durch den Dichtspalt gehende axiale Rückströmung des Gases dar. Da der Dichtabschnitt bezogen auf die Förderrichtung vor und/oder neben der pumpaktiven Struktur der stromabwärtigen Statorscheibe angeordnet sein kann, kann der Dichtabschnitt verhindern, dass im Bereich der pumpaktiven Struktur der Statorscheibe vorhandenes zurückströmendes Gas auf seinem Rückweg durch die Statorscheibe in radialer Richtung zu dem Dichtspalt der stromaufwärtigen Rotorscheibe hin strömt und folglich nach dem Durchgang durch die Statorscheibe in den Dichtspalt gelangen und durch den Dichtspalt weiter zurückströmen kann. Stattdessen kann das Gas allenfalls in einem von dem Dichtspalt entfernten Bereich durch die Statorscheibe zurückströmen und wird daher nach einem etwaigen Rückströmen durch die Statorscheibe von der pumpaktiven Struktur der stromaufwärtigen Rotorscheibe erfasst, welche das Gas wieder in Förderrichtung umlenkt. Der Dichtabschnitt kann somit die Rückströmung reduzieren und die Pumpperformance erhöhen.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Dichtabschnitt den Dichtspalt über dessen gesamte radiale Spaltweite hinweg abdecken. Dadurch wird eine besonders wirksame Abdichtung erreicht, welche ein hohes Saugvermögen und eine hohe Kompression der Vakuumpumpe gewährleistet. Die Rotorscheibe kann den Dichtabschnitt in radialer Richtung hintergreifen, insbesondere um ein Abdecken des Dichtspalts durch den Dichtabschnitt über die gesamte Spaltweite des Dichtspalts hinweg zu gewährleisten.
Der Dichtabschnitt kann vorzugsweise ringförmig ausgebildet sein. Der Dichtabschnitt kann den Dichtspalt über zumindest annähernd den gesamten Umfang der Rotorscheibe hinweg abdecken.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Statorscheibe einen Ring, insbesondere einen Außenring, aufweisen, der die pumpaktive Struktur der Statorscheibe trägt, wobei der Dichtabschnitt durch den Ring der Statorscheibe gebildet sein kann. Wenn ein die pumpaktive Struktur tragender Ring der Statorscheibe als Dichtabschnitt ausgebildet wird, wird ein zusätzlicher Aufwand für die Bereitstellung des Dichtabschnitts und ein zusätzlicher Bauraumbedarf für den Dichtabschnitt weitestgehend vermieden. Zur Bildung des Dichtabschnitts kann beispielsweise einfach eine Statorscheibe mit einem Außenring eingesetzt werden, welcher eine relativ große radiale Breite aufweist und den radialen Dichtspalt der vorhergehenden Rotorscheibe abdeckt.
Ein weiteres Beispiel sieht vor, dass der Dichtabschnitt durch einen Distanzring gebildet sein kann, der zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Statorscheiben in einem axialen Abstand zueinander hält. Derartige Distanzringe sind ohnehin günstig, um einen vorgegebenen axialen Abstand zwischen den Statorscheiben aufrecht zu erhalten, und können in einfacher Weise so abgewandelt werden, dass sie einen Dichtabschnitt zum Abdecken des radialen Dichtspalts der stromaufwärtigen Rotorscheibe bilden. Der radiale Dichtspalt kann dabei durch einen Abschnitt des Distanzrings begrenzt sein und der Dichtabschnitt kann durch einen Abschnitt des Distanzrings gebildet sein, der gegenüber dem Abschnitt des Distanzrings, der den Dichtspalt begrenzt, in radialer Richtung hervorsteht und insbesondere eine Schulter des Distanzrings bildet.
Die Ausbildung des Dichtabschnitts durch einen Distanzring ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die in Förderrichtung auf die Rotorscheibe folgende Statorscheibe keinen im Bereich des Dichtspalts angeordneten Ring, das heißt zum Beispiel keinen Außenring, aufweist. Eine derartige Statorscheibe kann zum Beispiel aus einem Vollkörper durch Materialentfernung herausgearbeitet sein, während eine Statorscheibe mit einem Außenring z.B. als geblechte Statorscheibe ausgebildet sein kann, d.h. als Statorscheibe, welche durch Verformung eines durch ein Blech gebildeten Grundkörpers hergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Dichtabschnitt des Distanzrings eine Nut begrenzen, die sich in radialer Richtung in den Distanzring hinein erstreckt. Die Rotorscheibe kann dabei, vorzugsweise in radialer Richtung, in die Nut eingreifen. Der radiale Dichtspalt kann dabei durch die Rotorscheibe und durch den Nutgrund begrenzt sein. Die Seitenwände der Nut decken den Dichtspalt vorzugsweise jeweils in axialer Richtung ab. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Dichtspalt bezogen auf die axiale Richtung nicht nur einseitig, sondern beidseitig, das heißt sowohl in stromabwärtiger Richtung als auch in stromaufwärtiger Richtung, durch jeweils eine Seitenwand der Nut abgedeckt ist. Die Seitenwände der Nut können mit der Rotorscheibe jeweils einen von zwei sich beidseitig an den radialen Dichtspalt anschließenden axialen Dichtspalten begrenzen. Dadurch wird eine besonders wirksame Abdichtung des radialen Dichtspalts erreicht.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Distanzring derart in radialer Richtung geteilt sein, dass der Distanzring und die Rotorscheibe in axialer Richtung zusammensetzbar sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Distanzring, wie vorstehend beschrieben, eine radiale Nut aufweist, in die die Rotorscheibe radial eingreift. In diesem Fall kann der Distanzring im Bereich der Nut in radialer Richtung geteilt sein, um ein axiales Zusammensetzen zu ermöglichen. Durch die Möglichkeit des axialen Zusammensetzens wird der für die Herstellung der Vakuumpumpe erforderliche Aufwand erheblich reduziert.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Rotorscheibe zumindest einen radialen Fortsatz aufweisen, der vorzugsweise von der pumpaktiven Struktur der Rotorscheibe in radialer Richtung absteht, wobei der radiale Dichtspalt zumindest abschnittsweise durch den Fortsatz begrenzt ist. Ein solcher Fortsatz kann angepasst sein, um eine besonders gute Abdichtung des Dichtspalts zu gewährleisten, so dass eine Rückströmung besonders zuverlässig vermieden wird. Der Fortsatz ist bevorzugt durchgehend gasdicht ausgebildet, um eine möglichst gute Abdichtung zu gewährleisten. Bevorzugt ist es, wenn die Rotorscheibe mit dem Fortsatz in eine wie vorstehend beschriebene radiale Nut eines Distanzrings eingreift. Beispielsweise kann der Fortsatz ringförmig ausgebildet sein und/oder sich über zumindest annähernd den gesamten Umfang der Rotorscheibe erstrecken. Die pumpaktive Struktur kann mehrere pumpaktive Elemente, insbesondere Schaufeln, aufweisen, wobei ein sich insbesondere über den gesamten Umfang der Rotorscheibe erstreckender radialer Fortsatz von mehreren pumpaktiven Elementen getragen sein kann und/oder mehrere voneinander getrennte radiale Fortsätze der beschriebenen Art vorgesehen sein können, die von verschiedenen pumpaktiven Elementen abstehen. Der radiale Fortsatz kann aber auch als radiale Verlängerung der Schaufeln im Bereich der Nut ausgeführt sein.
Bevorzugt erstreckt sich der Fortsatz nur über einen Teil der axialen Erstreckung der pumpaktiven Struktur der Rotorscheibe. Dadurch kann der zusätzliche Materialaufwand und das zusätzliche durch den Fortsatz gebildete Gewicht der Rotorscheibe gering gehalten werden und dennoch eine gezielte und äußerst wirksame Abdichtung des Dichtspalts erreicht werden. Wenn der Dichtabschnitt, wie vorstehend beschrieben, durch einen Distanzring mit einer Nut gebildet ist, in die der Fortsatz eingreift, erstreckt sich vorzugsweise auch die Nut nur über einen Teil der axialen Erstreckung der pumpaktiven Elemente der Rotorscheibe. Dadurch kann erreicht werden, dass die Nutwände den Fortsatz auf allen Seiten eng umschließen, so dass der radiale Dichtspalt bevorzugt nur über axiale Spalte zugänglich ist, wodurch die Rückströmung weiter reduziert wird.
Gemäß einem weiteren Beispiel können die pumpaktiven Strukturen der Statorscheiben und Rotorscheiben zur Bereitstellung einer in einer Förderrichtung orientierten Pumpwirkung für ein in einem Schöpfbereich vorhandenes Gas ausgebildet sein. Es kann ein zu dem Schöpfbereich benachbarter Dichtbereich vorhanden sein, der zumindest teilweise durch eine Statorscheibe und eine zu der Statorscheibe benachbarte Rotorscheibe begrenzt ist. Einander gegenüberliegende und den Dichtbereich begrenzende Oberflächen des Rotors und des Stators können dabei wenigstens eine Pumpstufe zur Bereitstellung einer Pumpwirkung für das in dem Dichtbereich vorhandene Gas bilden, die einer Rückströmung des Gases durch den Dichtbereich entgegenwirkt.
Unter dem Schöpfbereich wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung generell der Bereich verstanden, in dem die pumpaktiven Strukturen der Statorscheiben und Rotorscheiben eine in einer Förderrichtung orientierte Pumpwirkung für das dort vorhandene Gas bereitstellen. Unter einem Dichtbereich wird ein Bereich verstanden, der an den Schöpfbereich angrenzt und durch den prinzipiell eine entgegen der Förderrichtung gerichtete Rückströmung des Gases erfolgen kann.
Dadurch, dass einander gegenüberliegende und den Dichtbereich begrenzende Oberflächen des Rotors und des Stators wenigstens eine Pumpstufe zur Bereitstellung einer Pumpwirkung für das in dem Dichtbereich vorhandene Gas bilden können, die einer Rückströmung des Gases durch den Dichtbereich entgegenwirkt, kann die Rückströmung reduziert und die Pumpleistung der Vakuumpumpe verbessert werden.
In einer möglichen Weiterbildung dieses Beispiels kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der die Pumpstufe bildenden Oberflächen schräg zur Rotationsachse verläuft.
Die die Pumpstufe bildenden Oberflächen sind vorzugsweise durch die Statorscheibe und die benachbarte Rotorscheibe gebildet. Die Pumpstufe lässt sich somit einfach durch entsprechende Anpassung der Oberflächen der Statorscheibe und der Rotorscheibe realisieren.
Gemäß der Erfindung sind die die Pumpstufe bildenden Oberflächen durch die Innenringe der Statorscheibe und der Rotorscheibe gebildet. Diese Oberflächen eignen sich besonders, um eine Pumpstufe zu realisieren, die die Rückströmung verringert.
Die die Pumpstufe bildenden Oberflächen liegen einander in axialer Richtung gegenüber. Die Oberflächen begrenzen einen axialen Dichtspalt, welcher Teil des Dichtbereichs ist.
Der Dichtbereich umfasst einen radialen Dichtspalt zwischen dem Rotor und dem Stator sowie zwei beidseitig an den radialen Dichtspalt angrenzende axiale Dichtspalte. Die axialen Dichtspalte sind durch dieselbe Stator- oder Rotorscheibe und jeweils eine von zwei zu der Stator- bzw. Rotorscheibe benachbarten Rotor- bzw. Statorscheiben begrenzt oder durch Ringe der Stator- und Rotorscheiben, welche die pumpaktiven Strukturen der Stator- und Rotorscheiben tragen. Nach der Erfindung sind zwei Pumpstufen vorgesehen, die jeweils durch die Oberflächen gebildet sind, die einen der axialen Dichtspalte begrenzen, und die einer Rückströmung entgegenwirken.
Beispielsweise ist die Pumpstufe eine Siegbahnpumpstufe. Eine solche Pumpstufe ist einfach realisierbar und wirkt einer Rückströmung wirksam entgegen. Beispielsweise kann eine der die Pumpstufe bildenden Oberflächen glatt ausgebildet sein und die gegenüberliegende Oberfläche kann zumindest eine schrauben- bzw. schneckenlinienförmige Nut aufweisen, in der das gepumpte Gas geführt wird. Es können auch mehrere und insbesondere zwei Siegbahnpumpstufen vorgesehen sein, die beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, jeweils einem axialen Dichtspalt des Dichtbereichs zugeordnet sind.
Bei allen Pumpen der vorliegenden Beschreibung sind die Rotorscheiben und die Statorscheiben vorzugsweise in axialer Richtung abwechselnd angeordnet.
Der Rotor kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei einem mehrteiligen Rotor können die Rotorwelle einerseits und die mit der Rotorwelle verbundenen Rotorscheiben andererseits als getrennte Teile ausgebildet sein. Der Stator kann ebenfalls mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Stator ein Gehäuse, mehrere mit dem Gehäuse verbundene und als von dem Gehäuse getrennte Teile ausgebildete Rotorscheiben und vorzugsweise mehrere mit dem Gehäuse verbundene und als von dem Gehäuse und den Rotorscheiben getrennte Teile ausgebildete Distanzringe aufweisen.
Die Statorscheiben, Rotorscheiben und/oder Distanzringe können jeweils eine im Wesentlichen kreisringförmige Grundform aufweisen und/oder einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Eine mehrteilige Stator- bzw. Rotorscheibe oder ein mehrteiliger Distanzring kann insbesondere mehrere und insbesondere zwei teilkreisförmige Teile umfassen, die zusammen die jeweilige Scheibe bzw. den Distanzring bilden.
Die Statorscheiben und Rotorscheiben können als turbomolekulare Stator- und Rotorscheiben mit einer turbomolekularen pumpaktiven Struktur ausgebildet sein. Die pumpaktiven Strukturen der Rotorscheiben und der Statorscheiben weisen bevorzugt mehrere als Schaufeln ausgebildete pumpaktive Elemente auf, die vorzugsweise von einem Außenring und/oder von einem Innenring der jeweiligen Scheibe getragen sind. Die Schaufeln können gegenüber der axialen Richtung eine Schrägstellung aufweisen, welche dazu dient, die mit den Schaufeln in Kontakt tretenden Gasmoleküle in Förderrichtung abzulenken, wobei die Schrägstellung der Schaufeln der Statorscheiben und der Rotorscheiben vorzugsweise spiegelbildlich zueinander ist.
Bei einer Seitenkanalpumpe weisen die Rotorscheiben als pumpaktive Struktur vorzugsweise im Bereich ihrer radialen Außenseite Rotorschaufeln auf, welche in einem durch die Statorscheiben gebildeten Seitenkanal umlaufen, welcher gegenüber den Rotorschaufeln verbreitert ist. Die pumpaktiven Strukturen der Statorscheiben sind dabei durch den Seitenkanal begrenzende Abschnitte der Statorscheiben gebildet. Ein Seitenkanal kann durch zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Statorscheiben begrenzt sein, zwischen denen eine Rotorscheibe mit Rotorschaufeln angeordnet ist.
Unter einem Spalt bzw. Dichtspalt wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ein Zwischenraum verstanden, der in einer vorgegebenen Richtung schmal ausgebildet ist und in den anderen Richtungen eine größere Ausdehnung besitzt. Ein Spalt bzw. Dichtspalt kann im Rahmen der Erfindung prinzipiell eine zumindest näherungsweise konstante Spaltweite aufweisen.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung und Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Die in
Die Vakuumpumpe ist als Turbomolekularpumpe ausgebildet und umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren mit der Rotorwelle 12 verbundenen turbomolekularen Rotorscheiben 16 und mehreren in axialer Richtung zwischen den Rotorscheiben 16 angeordneten und in dem Gehäuse 72 festgelegten turbomolekularen Statorscheiben 26, die durch Distanzringe 36 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten sind. Die Rotorscheiben 16 und Statorscheiben 26 stellen in dem Schöpfbereich 50 eine in Richtung des Pfeils 58 gerichtete axiale Pumpwirkung bereit.
Die Vakuumpumpe umfasst außerdem drei in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Der rotorseitige Teil der Holweck-Pumpstufen umfasst eine mit der Rotorwelle 12 verbundene Rotornabe 74 und zwei an der Rotornabe 74 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 76, 78, die koaxial zu der Rotationsachse 14 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 80, 82 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 14 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind jeweils durch die einander unter Ausbildung eines engen radialen Holweck-Spalts gegenüberliegenden radialen Mantelflächen jeweils einer Holweck-Rotorhülse 76, 78 und einer Holweck-Statorhülse 80, 82 gebildet. Dabei ist jeweils eine der pumpaktiven Oberflächen glatt ausgebildet - vorliegend diejenige der Holweck-Rotorhülse 76 bzw. 78 - und die gegenüberliegende pumpaktive Oberfläche der Holweck-Statorhülse 80, 82 weist eine Strukturierung mit schraubenlinienförmig um die Rotationsachse 14 herum in axialer Richtung verlaufenden Nuten auf, in denen durch die Rotation des Rotors das Gas vorangetrieben und dadurch gepumpt wird.
Die drehbare Lagerung der Rotorwelle 12 wird durch ein Wälzlager 84 im Bereich des Pumpenauslasses und ein Permanentmagnetlager 86 im Bereich des Pumpeneinlasses 70 bewirkt.
Das Permanentmagnetlager 86 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 88 und eine statorseitige Lagerhälfte 90, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinandergestapelten permanentmagnetischen Ringen 92, 94 umfassen, wobei sich die Magnetringe 92, 94 unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 96 gegenüberliegen.
Innerhalb des Magnetlagers 86 ist ein Not- bzw. Fanglager 98 vorgesehen, welches als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist und im normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors gegenüber dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert.
Im Bereich des Wälzlagers 84 ist an der Rotorwelle 12 eine konische Spritzmutter 100 mit einem zu dem Wälzlager 84 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen, die mit zumindest einem Abstreifer eines mehrere mit einem Betriebsmittel, wie zum Beispiel einem Schmiermittel, getränkte saugfähige Scheiben 102 umfassenden Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt steht. Im Betrieb wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 100 übertragen und infolge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 100 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 100 zu dem Wälzlager 84 hin gefördert, wo es zum Beispiel eine schmierende Funktion erfüllt.
Die Vakuumpumpe umfasst einen Antriebsmotor 104 zum drehenden Antreiben des Rotors, dessen Läufer durch die Rotorwelle 12 gebildet ist. Eine Steuereinheit 106 steuert den Motor 104 an.
Die turbomolekularen Pumpstufen stellen in dem Schöpfbereich 50 eine Pumpwirkung in Richtung des Pfeils 58 bereit. Nachfolgend sind anhand der
Jede Rotorscheibe 16 weist mehrere Schaufeln 22 auf, die von einem in
Die Statorscheibe 26 weist mehrere Schaufeln 32 auf, die von einem Außenring 30 und einem in
Stattdessen wird das Gas durch den Dichtabschnitt 34 in radialer Richtung nach innen umgelenkt, so dass es nach einem etwaigen Rückströmen durch die Statorscheibe 26 auf die durch die Schaufeln 22 der stromaufwärtigen Rotorscheibe 16 gebildete pumpaktive Struktur trifft und durch diese wieder in Förderrichtung gepumpt wird.
Es handelt sich um eine geblechte, das heißt um eine aus einem blechförmigen Grundkörper durch Verformung des Grundkörpers hergestellte bzw. herzustellende Statorscheibe 26. Zwischen dem Innenring 28 und dem Außenring 30 der Statorscheibe 26 sind durch Stanzen und Schlitzen des blechförmigen Grundkörpers die Schaufeln 32 der Statorscheibe 26 herausgebildet.
Der Außenring 30 der Statorscheibe 26 mit dem Dichtabschnitt 34 bildet eine durchgehend geschlossene ringförmige Fläche, welche den Dichtspalt 42 der in Förderrichtung vorhergehenden Rotorscheibe 16 über bevorzugt den gesamten Umfang der Rotorscheibe 16 hinweg abdeckt.
Durch den Fortsatz 20 und den Distanzring 36 wird ein radialer Dichtspalt 44 begrenzt, an den sich beidseitig jeweils ein durch den Fortsatz 20 und den Distanzring 36 begrenzter axialer Dichtspalt 45 anschließt. Der untere Teil 36b des Distanzrings 36 bildet einen Dichtabschnitt 40, der den radialen Dichtspalt 44 abdeckt und eine durch den Dichtspalt 42 gerichtete Rückströmung reduziert. Der Fortsatz 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als über den gesamten Umfang der Rotorscheibe 16 umlaufender und von den Schaufeln 22 der Rotorscheibe 16 getragener geschlossener Ring ausgebildet. Durch die radiale Zweiteilung des Distanzrings 36 in die beiden Teile 36a, 36b wird es ermöglicht, die Rotorscheibe 26 und den Distanzring 36 trotz der durch den Eingriff des Fortsatzes 20 in die Nut 38 gebildeten axialen Hinterschneidung in axialer Richtung zusammenzusetzen.
Diejenigen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Innenringe 18 der Rotorscheiben 16 und des Innenrings 28 der Statorscheibe 26, die jeweils einen der axialen Dichtspalte 48 begrenzen, bilden dabei jeweils eine Siegbahnpumpstufe, die eine Pumpwirkung bereitstellt, die einer Rückströmung des Gases durch den Dichtbereich entgegenwirkt. Die Oberflächen des Innenrings 28 der Statorscheibe 26 weisen dazu jeweils eine Strukturierung mit einer spirallinienförmig in radialer Richtung verlaufenden Nut 52 auf, in der das vorangetriebene Gas geführt wird. Die gegenüberliegenden Oberflächen der Innenringe 18 der Rotorscheiben 16 sind glatt ausgebildet. Durch einer Rückströmung durch den radialen Dichtspalt 46 und die axialen Dichtspalte 48 entgegengerichtete Pumpwirkung der Siegbahnpumpstufen wird verhindert, dass das Gas an den Schaufeln 32 der Statorscheibe 26 vorbei durch den Dichtbereich zurückströmt, so dass die Pumpleistung der Vakuumpumpe verbessert wird.
Die Rotorscheiben 16 der in
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