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Diese
Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen, und mehr im besonderen
auf Pumpen, die eine Molekularpumpen-Betriebsart anwenden, vorzugsweise
in Verbindung mit einer regenerativen Betriebsart.
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Vakuumpumpen
und/oder Verdichter sind bekannt, die in einer regenerativen Betriebsart
arbeiten und bei denen ein Rotor mit hoher Drehzahl, beispielsweise
zehntausend Umdrehungen/Minute (10.000 Upm) innerhalb eines Statorgehäuses umläuft, und
wobei der Rotor eine Reihe von Schaufeln aufweist, die in einer
ringförmigen
Anordnung entweder auf einem peripheren Rand des Rotors oder alternativ
auf einer Seite des Rotors an dessen Peripherie positioniert sind,
und der Stator einen ringförmigen Kanal
hat, in welchem die Schaufeln umlaufen und der einen größeren Querschnitt
als derjenige der einzelnen Schaufeln hat, mit Ausnahme eines kleinen Teils
des Kanals, der als "Abstreifer" bekannt ist, und der
einen reduzierten Querschnitt hat, der einen engen Spielraum für die Schaufeln
bereitstellt.
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Im
Gebrauch einer solchen Pumpe tritt zu pumpendes Gas in den ringförmigen Kanal
durch einen Einlaß ein,
der bei einem Ende des Abstreifers positioniert ist, und das Gas
wird mittels der Schaufeln auf dem umlaufenden Rotor entlang des
Kanals befördert,
bis es auf das andere Ende des Abstreifers auftrifft, und das Gas
wird dann durch einen Auslass gedrängt, der an diesem anderen
Ende des Abstreifers gelegen ist. Es ist bekannt, dass Pumpen/Verdichter,
die mit einer solchen Betriebsart arbeiten, ein hohes Verdichtungsverhältnis bei
relativ niedrigen Strömungsdurchsätzen erzeugen
können.
Jedoch sind diese Pumpen am besten zum Pumpen in kontinuierlichen
Strömungsbedingungen
geeignet, und bei solchen Pumpen kann es schwierig sein, ein ausreichend
hohes Höchstvakuum
und eine ausreichend hohe Pumpendrehzahl zu erreichen, ohne auf
die Verwendung einer zusätzlichen
Vakuumpumpe in Tandemanordnung auszuweichen, die für eine Übergangs← und/oder
Molekularströmung
geeignet ist.
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In
unserer früheren
europäischen Patentanmeldung Nr.
0 805 275 A haben wir eine Vakuumpumpe beschrieben, bei
welcher eine wesentlich höhere
Verdichtung durch die Verwendung eines insbesondere dem Rotor zugeordneten
mehrstufigen Pumpvorgangs erreicht werden konnte.
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In
unserer früheren
europäischen
Anmeldung war eine Vakuumpumpe der regenerativen Bauart mit einem
Rotor und einem Statorgehäuse
beschrieben, wobei der Rotor für
eine Drehung ausgebildet war und der Rotor eine Reihe von Schaufeln hatte,
die in einer ringförmigen
Anordnung auf einer Seite des Rotors positioniert sind, und der
Stator einen ringförmigen
Kanal hatte innerhalb dessen die Schaufeln umlaufen konnten und
der einen Querschnitt hatte, der größer als derjenige der einzelnen Schaufeln
war, mit Ausnahme eines kleinen Teils des Kanals, der einen reduzierten
Querschnitt hatte, um einen engen Spielraum für die Schaufeln zu bilden, und
wobei der Rotor mindestens zwei Reihen von Schaufeln hatte, die
in konzentrischen ringförmigen Anordnungen
auf einer Seite des Rotors positioniert sind, und der Stator eine
entsprechende Anzahl von Kanälen
hatte, in welchen die Schaufeln der Anordnungen umlaufen konnten,
und wobei Mittel vorgesehen waren, um die Kanäle zur Bildung eines kontinuierlichen
Strömungswegs
zu verbinden, durch welchen mittels der Pumpe evakuiertes Gas gelangen konnte.
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Es
war weiter beschrieben, dass die Pumpen der früheren europäischen Anmeldung eingesetzt werden
konnten:
- i) als einzelne, selbstständige Vakuumpumpen,
- ii) in Verbindung mit anderen Vakuumpumpen wie beispielsweise
Turbomolekularpumpen oder Molekularpumpen,
- iii) als eine Komponente größerer Hybrid-Vakuumpumpen,
die auch Stufen unterschiedlicher Bauart, beispielsweise Molekularpumpenstufen, umfassen.
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Insbesondere
war beschrieben, dass Hybridpumpen mit einer regenerativen Stufe
gemäß der früheren europäischen Anmeldung
zusammen mit einer Bauart einer Molekularpumpenstufe, wie sie beispielsweise
als "Holweck"-Stufe bekannt ist,
besonders vorteilhaft wären.
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In
einer Holweck-Stufe sind miteinander abwechselnde stationäre und umlaufende
konzentrische Hohlzylinder mit einem gewindeförmigen aufstehenden Flansch
zur Bildung einer Helixstruktur vorhanden, der sich im wesentlichen über den
Spalt zwischen benachbarten Zylindern erstreckt, wobei der Flansch
entweder an einer Oberfläche
eines umlaufenden oder eines fest stationären Zylinders befestigt ist.
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Es
wurde festgestellt, dass solche Pumpen, insbesondere die Regenerativ/Molekular-Verbundpumpen, grundsätzlich in
der Lagen waren, ein höheres
Höchstvakuum
zusammen mit einem relativ höheren
Verdichtungsverhältnis
zu erzeugen, als das mit vergleichbaren Vakuumpumpen erreichbar
war.
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Trotzdem
können
die Pumpen unserer früheren
europäischen
Anmeldung unter manchen Umständen
den Nachteil haben, dass das eine ausreichend höhere Pumpkapazität nicht
immer erreicht werden kann.
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Die
US 5 165 872 offenbart eine
Reibungspumpe, die leicht zur Verbesserung der Wartung auseinander
genommen werden kann.
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Diese
Erfindung befasst sich mit einer modifizierten Konstruktion einer
Vakuumpumpe, bei welcher dieser und weitere Nachteile beseitigt
sind.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Vakuumpumpe zum Pumpen von Gas von einem Pumpeneinlass
zu einem Pumpenauslass vorgesehen, mit einem Rotor und einem Statorgehäuse, in
welchem der Rotor drehbar angeordnet ist und mindestens zwei Molekularpumpenstufen
aufweist, die jeweils benachbarte stationäre und umlaufende Hohlweck-Zylinder
aufweisen, die am Statorgehäuse
bzw. am Rotor befestigt sind, und mit einem dazwischen positionierten
gewindeförmig
aufstehenden schraubenlinienförmigen Flansch,
der entweder am stationären
oder am umlaufenden Zylinder befestigt ist, wobei die dem Pumpeneinlass
nächstgelegene
Molekularpumpenstufe den gewindeförmigen Flansch auf ihrem umlaufenden
Zylinder aufweist und die nachfolgende Molekularpumpenstufe oder
Stufen den gewindeförmigen Flansch
auf dem stationären
Zylinder aufweist bzw. aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Holweck-Stufen in einer radialen Konfiguration angeordnet und so
ausgelegt sind, dass gepumptes Gas auswärts von dem ersten Holweck-Zylinder
zu einer nachfolgenden Zylinderstufe (Zylinderstufen) strömt.
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Ein
zentrales Merkmal der Erfindung ist das Vorhandensein eines schraubenlinienförmigen Flanschs
auf dem umlaufenden Holweck-Zyinder der ersten Holweck-Stufe, d.
h. der dem Pumpeneinlass nächstgelegenen
Holweck-Stufe. Dieses Merkmal ist es – gekoppelt mit der umgekehrten
Positionierung des Flanschs in den nachfolgenden Holweckstufen – welches
die Gesamtpumpe im allgemeinen überragende
Eigenschaften mit besonderem Bezug auf die hohe Pumpenkapazität und Verdichtung
und den niedrigen Energieverbrauch bei höheren (Einlass-)Drücken zeigen
lässt.
Durch Anordnen der Holweck-Stufen in einer radialen Konfiguration,
die so ausgelegt ist, dass das gepumpte Gas radial auswärts vom
ersten Holweck-Zylinder zu einem nachfolgenden, radial angeordneten
Holweck-Zylinder oder -Zylindern strömt, werden zusätzliche
Vorteile erreicht:
- i) ein niedrigerer Leistungsverbrauch
bei kontinuierlicher Strömung
als bei axial angeordneten Holweck-Zylindern von vergleichbarem
Außendurchmesser,
- ii) eine Möglichkeit
zum Einsetzen und Herausnehmen des Rotors in das bzw. aus dem Pumpengehäuse,
- iii) Kompaktheit der Gesamtpumpe.
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Die
Pumpe weist vorzugsweise auch eine regenerative Stufe zum Auslassende
der Pumpe hin auf, so dass die gepumptes Gas nach seinem Ausstoß aus den
Molekularpumpenstufen in die regenerative Stufe eintritt. Vorzugsweise
umfasst die regenerative Stufe eine Reihe von Schaufeln, die in
einer ringförmigen
Anordnung auf einer oder beiden Seiten des Rotors oder auf einem
Rand des Rotors positioniert sind.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
hat der Rotor mindestens zwei Reihen von Schaufeln, die in konzentrischen
ringförmigen
Anordnungen auf einer Seite des Rotors positioniert sind, und der
Stator hat eine entsprechende Anzahl von Kanälen, in welchen die Schaufelanordnungen
umlaufen können.
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Bei
solchen Ausführungsformen
verlaufen die Schaufeln vorteilhafterweise in einer im wesentlichen
axialen Richtung. Der Rotor ist vorzugsweise so geformt, dass die
Seite, auf welcher die Schaufelanordnungen positioniert sind, eine
im wesentlichen ebene Oberfläche
zur Aufnahme der Anordnungen bildet; gewöhnlich ist die ebene Oberfläche radial
mit Bezug auf die Hauptachse des Rotors orientiert. Im allgemeinen
wirkt die ebene Oberflä che
zwischen den Anordnungen mit entsprechenden ringförmigen ebenen
Flächen
auf dem Stator zusammen, um eine Flächendichtung zwischen den Anordnungen
zu bilden.
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Geeignetenfalls
umfasst die Erfindung auch die Möglichkeit,
dass mindestens zwei Schaufelanordnungen auf jeder Seite des Rotors
angeordnet sind, wobei jede Seite vorzugsweise eine im wesentlichen
ebene Oberfläche
zur Aufnahme der Anordnungen bildet.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
hat der Rotor mindestens fünf
oder sechs Anordnungen auf einer oder beiden Seiten derselben.
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Die
einzelnen Schaufeln jeder Anordnung sind im allgemeinen radial mit
Bezug auf den Rotor angeordnet. Jede Schaufel kann im wesentlichen eben
oder mindestens teilweise gekrümmt
sein, wobei die konkave Seite in die Laufrichtung des Rotors weist;
letzteres wird zur Unterstützung
der Pumpeneffizienz bevorzugt.
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Es
wird bevorzugt, dass die Schaufelkanten, die mit dem Abstreifer
zusammenwirken, eine ebene Fläche
anstatt zugespitzter oder gerundeter Enden haben, um die "Dichtung" zwischen den Schaufeln und
dem Abstreifer zu verbessern.
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Typischerweise
kann jede Anordnung mindestens etwa 10, vorzugsweise mindestens
50 Schaufeln umfassen. Im allgemeinen können nützlicherweise bis zu etwa 150
Schaufeln in jeder Anordnung vorhanden sein. Vorzugsweise beträgt der Querschnitt
des Hauptteils des Kanals zwischen dem Drei- bis Sechsfachen des
radialen Querschnitts der Schaufel.
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Das
Vorhandensein von mehr als einer Reihe von Schaufeln in ringförmiger Anordnungen
auf der Oberfläche
eines Rotors gemäß der Erfindung bietet
verschiedene Vorteile und Gelegenheiten.
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Erstens
können
die Anordnungen der Schaufeln und der entsprechenden Kanäle in einer Reihe
konzentrischer Anordnungen relativ zur Pumpenwelle ein ihr innewohnendes
volumetrisches Verdichtungsverhältnis
erzeugen, wenn eine Strömung von
evakuiertem Gas von der äußersten
Anordnung zu der innersten Anordnung mit Ausstoß zur Mitte der Pumpe hin bewirkt
wird. Dieser Effekt wird gesteigert, wenn der Querschnitt der einzelnen
Kanäle
allmählich
vom äußersten
zum inneren Kanal verringert wird. Beispielsweise bei einer Pumpe
mit sechs solchen Anordnungen kann der Querschnitt des innersten
Kanals im Bereich von einem Sechstel bis zur Hälfte desjenigen des äußersten
Kanals sein.
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Zweitens
ermöglichen
die konzentrischen Anordnungen von Schaufeln/Kanälen eine kürzere Gesamtpumpe in axialer
Richtung als eine solche mit einer mehrstufigen axialen Anordnung
von Schaufeln.
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Drittens
kann die Axiallast reduziert werden, insbesondere wenn der Gasstrom
von dem äußeren zum
inneren Kanal geleitet wird, weil die höchsten Druckkräfte in einer
solchen Anordnung im Zentrum der Pumpe auftreten und über eine
kleinere Fläche wirken.
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Viertens
bietet die Verwendung eines besonders bevorzugten Merkmals, nach
dem jede Anordnung von Schaufeln auf einem auf der Oberfläche des
Rotors vorhandenen erhabenen Ringe montiert ist, wobei die entsprechenden
Statorkanäle
um die Schaufeln herum angeordnet sind, um die Drehung der Schaufeln
durch diese zu ermöglichen,
jedoch mit einer relativ engen Toleranz zwischen dem Stator und
den gekrümmten
Oberflächen
des erhabenen Rings, die Möglichkeit
einer radialen Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator.
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In
der Molekularpumpenstufe hat es sich als besonders nützlich erwiesen,
die Holweck-Zylinder axial
anzuordnen, wobei der/die umlaufende(n) Zylinder auf der gleichen
Welle wie der umlaufende Rotor der regenerativen Stufe montiert
ist/sind.
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In
Verbindung mit der regenerativen Pumpenstufe nach der Erfindung,
bei welcher die Rotorschaufeln im allgemeinen axial vom Rotor herabhängen, wird
eine entsprechende axiale Anordnung der Holweck-Zylinder bevorzugt.
In Kombination mit den regenerativen Schaufeln auf dem Rotor bildet
dies eine Pumpe, die keine radial ineinander greifenden Statorabschnitte
hat, wodurch ein leichtes Zusammensetzen und Auseinandernehmen der
Pumpe ermöglicht
wird.
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In
diesen Hinsichten wird es bevorzugt, dass eine Pumpenstufe auf einer
Seite des Rotors und die andere Stufe auf der entgegengesetzten
Seite des Rotors ist. Dieses Merkmal begünstigt die Möglichkeit
einer kleineren, leichteren Gesamtpumpe.
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Die
Holweck-Stufe liegt insbesondere grundsätzlich am Einlassende (Hochvakuum-
oder Niederdruckende) der Pumpe, und es hat sich gezeigt, dass eine
solche Anordnung der Holweck-Zylinder einen natürlichen Einlass für die Pumpe
als ganzes bildet, in dem sie den Eintritt von Gas durch den innersten Zylinder
bewirkt. Die Gasströmung
kann vorteilhafterweise in den Holweck-Stufen von der Mitte auswärts und
in den regenerativen Stufen von der äußeren Peripherie einwärts angeordnet
werden, was zu einer ausgeglichenen effizienten Gesamtpumpe führt.
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In
kombinierten Regenerativ/Holweck-Pumpen eignet sich die allgemeine
Auslegung vorteilhafterweise für
einen einstückigen
Rotor, der nützlicherweise
aus einem Leichtmetall oder einer Leichtlegierung, beispielsweise
aus Aluminium, hergestellt werden kann.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
hat der umlaufende Holweck-Zylinder der ersten Molekularpumpenstufe
einen gewindeförmigen
Flansch größerer radialer
Gesamtflanschtiefe im Vergleich mit derjenigen der nachfolgenden
Holweck-Stufe oder -Stufen.
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Dies
ermöglicht
allgemein eine größere Pumpenkapazität. Des weiteren
kann der gewindeförmige
Flansch der ersten Holweck-Stufe vorteilhafterweise eine variable
Gewindesteigung und/oder Gewindekanaltiefe haben. Das Vorhandensein
eines, vorzugsweise beider dieser Merkmale ermöglicht einen niedrigeren Leistungsverbrauch
beim Betrieb der Pumpe, insbesondere bei Betrieb unter hohem (Einlass-)Druck,
in Verbindung mit geeigneter Leistung bei niedrigen (Einlass-)Drücken. Diese
Kombination eines umlaufenden Holweck-Flanschs und der tiefen Gewinde-
oder Kanaltiefe ist verantwortlich für den niedrigeren Leistungsverbrauch
im Betrieb der Pumpe, insbesondere bei hohen Einlassdrücken, gekoppelt
mit guter Leistung bei niedrigen Einlassdrücken.
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Bei
diesen bevorzugten Ausführungsformen wird
die Steigung vorteilhafterweise so variiert, dass die Steigung allmählich im
Richtung vom Pumpeneinlass weg abnimmt, und die Gewindetiefe wird ebenfalls
vorteilhafterweise so variiert, dass die Tiefe allmählich in
Richtung vom Pumpeneinlass weg abnimmt, so dass eine höhere Pumpenkapazität am Einlass
zu der Stufe geboten wird.
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Pumpen
nach der Erfindung, bei denen insbesondere die Holweck-Zylinder
in radialer Richtung angeordnet sind, wobei während des Betriebs der Pumpe
gepumptes Gas von einem zentral positionierten Einlaß in einer
allgemein radialen Auswärtsrichtung
durch die Holweckstufen gefördert
wird, und wobei die regenerativen Stufen axial unter den Holweck-Stufen
positioniert sind, beispielsweise mit den Schaufeln auf einer Seite
des Rotors in einer allgemein von den Holweck-Stufen weg weisenden
Richtung derart, dass insbesondere die regenerativen Stufen in ähnlicher
Weise radial angeordnet sind, haben den Vorteil, dass Pumpen nach
der Erfindung von einer kompakten Gesamtkonstruktion sein können und
zusätzlich
in verschiedenen Konstruktionsmodulen verfügbar gemacht werden können.
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Beispielsweise
kann ein Standardplattformmodul eine einfache Rotorscheibe aufweisen,
von der auf der unteren Seite die Schaufeln der regenerativen Stufe
herabhängen,
und wo auf einer oberen Seite eine einzige axial verlaufende Holweck-Stufe mit
einem stationären,
mit Flansch versehenem Holweck-Zylinder und einem umlaufenden, nicht
mit einem Flansch versehenen Holweck-Zylinder angeordnet ist.
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Ein
zweiter Modul kann zusätzlich
eine zusätzliche
Holweck-Stufe mit einem weiteren drehbaren, nicht mit Flansch versehenem
Zylinder umfassen; ein nachfolgender Modul kann zusätzlich weitere
drehbare, nicht mit Flansch versehene Holweck-Zylinder umfassen.
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Ein
abschließender
Modul kann die komplette Pumpe nach der Erfindung einschließlich einer weiteren
Holweck-Stufe umfassen, die einen drehbaren, mit Flansch versehenen
Zylinder, vorzugsweise mit einer variablen Steigung und/oder Flanschtiefe nächstliegend
zum Pumpeneinlass umfasst.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielshalber auf die anliegenden
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine Vakuumpumpe nach der Erfindung
mit sowohl regenerativen als auch Holweck-Stufen zeigt,
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2 eine
schematische perspektivische Darstellung (nicht maßstäblich) des
inneren, mit Flansch versehenen Holweck-Zylinders der Pumpe nach 1 zeigt,
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3 einen
Plattform-Modul für
die in 1 gezeigte Vakuumpumpe zeigt,
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4 einen
zweiten Modul für
die in 1 gezeigte Vakuumpumpe zeigt,
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5 einen
weiteren Modul für
die in 1 dargestellte Vakuumpumpe zeigt.
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Gemäß den Zeichnungen
und anfänglich
mit Bezug auf 1 im besonderen ist eine Vakuumpumpe
nach der Erfindung dargestellt, die eine regenerative Stufe, die
allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichnet ist, und eine
Molekularpumpenstufe (Holweck-)Stufe aufweist, die allgemein mit
der Bezugszahl 2 bezeichnet ist.
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Die
Vakuumpumpe umfasst ein Statorgehäuse 3, das aus einer
Anzahl verschiedener Teile hergestellt ist, die miteinander verschraubt
(oder auf andere Weise befestigt) sind und mit entsprechenden Dichtungen
zwischen ihnen versehen sind.
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In
dem Gehäuse 3 ist
eine Welle 4 eingebaut, die drehbar um ihre Längsachse
angeordnet ist und durch einen Elektromotor (nicht dargestellt)
angetrieben wird, der die Welle 4 in an sich bekannter Weise
umgibt.
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Mit
Bezug auf die regenerative Stufe 1 ist ein Rotor 6 mittels
Schrauben 5 fest auf der Welle 4 befestigt. Der
Rotor 6 hat allgemein die Form einer kreisförmigen Scheibe,
deren Unterseite (wie dargestellt) eine im wesentlichen ebene Fläche bildet,
auf welcher damit einstückig
eine Mehrzahl von (sechs) erhabenen Ringen 7, 8, 9, 10, 11, 12 symmetrisch
auf dem Rotor um dessen Mittelpunkt positioniert sind. Auf jedem
der erhabenen Ringe ist eine Reihe von gleichmäßig beabstandeten Anordnungen
von Schaufeln B montiert, beispielsweise mit hundert Schaufeln in
jeder Anordnung zur Bildung konzentrischer ringförmiger Schaufelanordnungen.
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Die
breite jedes Rings und die entsprechende Größe der Schaufeln auf jedem
Ring nimmt allmählich
vom äußersten
Ring 7 zum innersten Ring 12 ab. Jede der Schaufeln
ist schwach gekrümmt, wobei
die konkave Seite in die Laufrichtung des Rotors zeigt.
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Das
Gehäuse 3 weist
sechs kreisförmige
Kanäle
C in seiner oberen (in der Darstellung) Oberfläche auf, die jeweils einen "Schlüsselloch"-Querschnitt haben
und von einer Größe sind,
die in den oberen (wie dargestellt) Teilen mit Rechteckquerschnitt
eng den sechs erhabenen Ringen 7, 8, 9, 10, 11, 12 entsprechen;
Die unteren (wie dargestellt) Teile mit kreisförmigen Querschnitt entsprechen
den entsprechenden Schaufeln des betreffenden erhabenen Rings, wobei
der Schaufelquerschnitt etwa ein Sechstel der Querschnittsfläche des
im Querschnitt kreisförmigen
Teils des Kanals beträgt.
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Wie
bei allen Pumpen der regenerativen Betriebsart dieser allgemeinen
Bauart hat jeder Kanal C (in diesem Fall dessen im Querschnitt kreisförmiger Teil)
eine reduzierte Querschnittfläche
(nicht gezeigt) für
einen kleinen, z. B. 1 cm großen
Teil seiner Bogenlänge
einer geformten Größe, die
im wesentlichen gleich derjenigen der darin aufgenommenen entsprechenden
Schaufeln ist. Dieser Teil mit reduziertem Querschnitt jedes Kanals
bildet den "Abstreifer", der im Betrieb
durch diesen Kanal gelangendes Gas durch Ablenken durch eine Öffnung (nicht
dargestellt) in den nächsten
(inneren) Kanal drängt.
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Die
oben beschriebene Anordnung einschließlich der Montage der Schaufeln
auf den erhabenen Ringen stellt eine Verbesserung dahingehend dar,
dass sie eine radiale Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator
sowie die zuvor schon verwendete axiale Abdichtung ermöglicht.
In dieser Hinsicht tritt die radiale Abdichtung zwischen den Seiten
der erhabenen Ringe 7, 8, 9, 10, 11, 12 und
den entsprechenden Seiten des im Querschnitt rechteckigen Teils
des betreffenden Kanals auf, insbesondere der in der Darstellung äußeren Seiten.
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Was
die Holweck-Stufe 2 betrifft, ist diese Stufe im allgemeinen
innerhalb eines oberen Teils des Gehäuses 3 gebildet.
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Vom
oberen Teil des Gehäuses 3 und
den Stator für
diese Stufe bildend ist eine Gruppe von zwei hohlen ringförmigen Zylindern 13 und 14 herabhängend angeordnet,
die axial mit Bezug auf die Welle 4 orientiert sind.
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Eine
Gruppe von drei weiteren konzentrischen Hohlzylindern 15, 16 und 17,
die ebenfalls axial mit Bezug auf die Welle 4 orientiert
sind, ist mit ihren unteren (wie dargestellt) Enden fest an der
Oberseite des Rotor 6 befestigt und dadurch zum Drehen mit
dem Rotor ausgelegt. Zwei dieser drei Zylinder 16 und 17 sind
einstückig
mit dem Rotor 6 ausgebildet. Der übrige Zylinder 15 ist
mittels Schrauben 18, 19 am Rotor 6 befestigt.
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Jeder
der fünf
Hohlweck-Zylinder ist symmetrisch um die Hauptachse der Pumpe montiert,
und die Zylinder einer Gruppe sind mit denjenigen der anderen Gruppe
in der in 1 gezeigten Weise verschachtelt,
wodurch ein gleichförmiger
Spalt zwischen jedem benachbarten Zylinder gebildet wird.
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In
dem Spalt zwischen jedem benachbarten Zylinder ist ein gewindeförmiger aufstehender Flansch
(oder Flansche) zur Bildung einer schraubenlinienförmigen Struktur
angeordnet, die sich im wesentlichen über dem Spalt erstreckt. Diese
Flansche sind an den inneren Flächen
eines der Teile des Gehäuses 3,
an den feststehenden Zylindern 13 und 14 (auf
beiden Seiten des Zylinders 13), und auf der Außenfläche des
drehbaren Zylinders 15 befestigt, wie deutlicher in 2 gezeigt
ist. Einige oder sämtliche
dieser Flanschabschnitte können
eine variable Steigung und/oder Flanschtiefe haben, um die Pumpenleistung
zu steigern. Man erkennt, dass der Flansch jedes Zylinders kontinuierlich
sein kann oder aus einer Anzahl von Flanschen bestehen kann, die zusammen
die schraubenlinienförmige
Gesamtanordnung bilden, wie beispielsweise in 2 gezeigt ist.
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Was
den drehbaren Zylinder 15 betrifft, ist der daran befestigte
aufstehende gewindeförmige Flansch 20 von
variabler Steigung und Flanschtiefe und größerer Gesamtflanschtiefe als
die Flansche der anderen Holweck-Stufen. Die Steigung und Flanschtiefen
variieren vorzugsweise axial in fortschreitender Weise und sind
so gewählt,
dass sie optimale Pumpenleistung am Pumpeneinlass bieten.
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Ein
Schlüsselmerkmal
der Pumpen nach der Erfindung ist, dass der aufstehende Flansch 20 für die anfängliche
Holweck-Stufe auf dem drehbaren Zylinder 15 angeordnet
ist, während
das Gewinde für die
nachfolgenden Stufen auf dem jeweiligen stationären Holweck-Zylinder angeordnet ist. Die Drehung des
Holweck-Zylinders 15 mit dem daran befestigtem Gewinde
begünstigt
eine hohe Einlasspumpenkapazität
auf Kosten einer geringen Menge an extra Leistung bei hohen Drücken, während das
Vorhandensein der nachfolgenden Holweck-Gewinde auf den Zylindern 13, 14 hohe
Verdichtung und niedrigen Leistungsverbrauch bietet. Daher bietet
die Gesamtpumpenauslegung einen guten Kompromiss von niedrigem Leistungsverbrauch
und hoher Pumpenleistung.
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Im
Betrieb der Pumpe, wobei die Welle 4 und der Rotor 6 mit
hoher Drehzahl umlaufen, wird Gas in einen Einlass 21 innerhalb
des Gehäuses
Teil 3 und in den Spalt zwischen be nachbarten Holweck-Zylindern 14 und 15 eingesaugt.
Es gelangt dann abwärts durch
die durch den aufstehenden Flansch 20 auf den Zylinder 15 gebildete
Helix und von dort aus nach oben durch den Spalt zwischen den Zylindern 14 und 16 usw.,
bis es durch den Spalt zwischen den Zylindern 17 und dem
Gewinde auf der inneren Oberfläche
des Gehäuseteils 3 nach
unten gelangt. Es strömt
dann durch eine nicht gezeigte Öffnung
in den kreisförmigen
Querschnittsteil des dem Ring 7 zugeordneten Kanals, und
von da aus durch die den Ringen 8, 9, 10, 11, 12 (in
dieser Reihenfolge) zugeordneten Kanäle durch die Wirkung der jeweiligen
Abstreifer, bis es aus der Pumpe durch Auslassbohrungen im Gehäuseteil 3 (nicht
dargestellt) ausgestoßen wird.
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Die
Gasströmung
erfolgt daher im allgemeinen radial auswärts in der Molekularstufe (Holweck-Stufe),
und radial einwärts
in der regenerativen Stufe, was zu einer ausbalancierten effizienten
Pumpe führt.
Dies kann im allgemeinen die Notwendigkeit zum Vorsehen einer Mehrzahl
dynamischer Dichtungen zwischen Hochdruckbereichen und Niederdruckbereichen
der Pumpe entfallen lassen.
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Die
mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebene Anordnung kann also leicht
zusammengebaut/auseinander genommen werden wegen der Fähigkeit,
den Rotor axial zur Wartung einfach durch Herausnehmen aus dem Gehäuseteil 3 herauszunehmen,
einschließlich
des Auseinandernehmens der oberen gewindeförmigen Teile des Gehäuses 3.
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Pumpen
nach der Erfindung bieten den Vorteil, dass sie in verschiedenen
konstruktiven Modulen verfügbar
gemacht werden können.
In dieser Hinsicht zeigen die 2, 3 und 4 Beispiele solcher
Module.
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3 im
besonderen zeigt den einfachsten Modul, der nur eine Holweck-Stufe
zeigt, die durch den Gehäuseteil 3 und
den drehbaren Zylinder 17 gebildet ist, und mit einem kleineren
Pumpeneinlass, der durch den zusätzlichen
Gehäuseteil 22 gebildet ist.
Man erkennt, dass der Zylinder 16 keinem Nutzzweck beim
Betrieb der Pumpe dient.
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4 sieht
drei Holweck-Stufen vor, die zwischen dem Gehäuseteil 3, dem stationären Holweck-Zylinder 13 (einschließlich dessen
Flansche auf beiden Seiten) und den umlaufenden Zylindern 16 und 17 gebildet
ist.
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5 sieht
vier Holweck-Stufen vor, die zwischen dem Gehäuseteil 3, den stationären Holweck-Zylindern 13 und 14 und
den umlaufenden Zylindern 16 und 17 gebildet sind.
Dieser Modul hat auch die breitere Öffnung 21 nach 1,
das heißt breiter
als diejenige bei den 3 und 4, um eine
ausreichende Pumpenkapazität
bereitzustellen, und die mit den Holweck-Zylinder 14 kombiniert
werden kann.