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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumpumpen und insbesondere
auf "Hybrid"- oder Verbundvakuumpumpen,
die zwei oder mehr Abschnitte verschiedener Betriebsart zur Verbesserung des
Betriebsbereichs hinsichtlich Drücken
und Durchsatz haben.
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In
der europäischen
Patentveröffentlichung Nr.
0 805 275 beispielsweise ist eine Verbundvakuumpumpe beschrieben,
die aus einem mit einem Molekularpumpenabschnitt kombinierten regenerativen Abschnitt
besteht.
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In
der europäischen
Patentveröffentlichung Nr.
0 643 227 ist eine Verbundvakuumpumpe mit einem Turbomolekularpumpenabschnitt
und einem Molekularpumpenabschnitt beschrieben.
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Ein
Nachteil bekannter Verbundvakuumpumpen liegt darin, daß sie dazu
neigen, massig zu sein, und daher verbleibt ein Bedürfnis, Verbundvakuumpumpen
im Hinblick auf eine Steigerung der Effizienz zu verbessern, während die
Gesamtabmessungen so klein wie möglich
gehalten werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundvakuum zu schaffen,
die einen Turbomolekularpumpenabschnitt und mindestens einen Molekularpumpenabschnitt
aufweist, und die den Raum sehr effizient ausnutzt, wenn die Abschnitte zusammenmontiert
werden.
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Gemäß der Erfindung
besteht eine Vakuumpumpe aus mindestens einem Molekularpumpenabschnitt
und einem Turbomolekularpumpenabschnitt, einem beiden Abschnitten
gemeinsamen Rotor und einem beiden Abschnitten gemeinsamen Stator,
wobei der Turbomolekularpumpenabschnitt im wesentlichen vollständig innerhalb
einer Umhüllung
positioniert ist, die durch den Molekularpumpenabschnitt gebildet
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Turbomolekularpumpenabschnitt einen Stator, der mit
einer Anordnung aus radial verlaufenden feststehenden Statorflügeln gebildet
ist und aus einem Rotor, der mit einer Anordnung von radial verlaufenden
Flügeln
ausgebildet ist, die drehbar zwischen den Statorflügeln angeordnet
sind, und wobei der Molekularpumpenabschnitt ein Holweck-Abschnitt
mit abwechselnden feststehenden und umlaufenden Zylindern ist, wobei
die feststehenden Zylinder am Stator montiert sind und die umlaufenden
Zylinder mit dem Rotor drehbeweglich an diesem montiert sind.
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Vorzugsweise
bilden sowohl die Statorflügel als
auch die Rotorflügel
eine Mehrzahl beabstandeter Anordnungen, wobei der Durchmesser der
Anordnungen von Flügeln
in Richtung zur Holweck-Einlaßstufe
abnimmt, und wobei die Zylinder des Holweck-Abschnitts in Richtung zur Längsachse
des Rotors hin in ihrer Länge
abnehmen.
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Diese
Orientierung ist insoweit vorteilhaft, als eine gute Einlassgeschwindigkeit
erreicht wird, wobei die Einlassstufe des Turbomolekularpumpenabschnitts
eine maximale Fläche
benötigt,
während
die nachfolgenden Stufen eine geringere Fläche benötigen. Dies lässt Raum
für das
Einsetzen der Molekularpumpenstufen um die niedrigeren Turbomolekularpumpenstufen
ohne Ausdehnung des Gesamtpumpendurchmessers über denjenigen der Einlassstufe des
Turbomolekularpumpenabschnitts.
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Vorzugsweise
hat die Verbundvakuumpumpe einen dritten regenerativen Abschnitt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nunmehr beispielshalber unter Bezugnahme auf
die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch eine Verbundvakuumpumpe mit einem Holweck-Abschnitt
und einem regenerativen Abschnitt (Stand der Technik),
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines in dem Holweck-Abschnitt
der Pumpe nach 1 verwendeten Zylinders, und
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3 einen
Querschnitt durch eine Verbundvakuumpumpe nach der vorliegenden
Erfindung.
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Gemäß 1 ist
eine bekannte Verbundvakuumpumpe dargestellt, die einen regenerativen
Abschnitt 1 und einen Molekularpumpenabschnitt (Holweck-Abschnitt) 2 umfaßt. Die Pumpe
weist ein Gehäuse 3 auf,
das aus einer Anzahl verschiedener Gehäuseteile aufgebaut ist, die
miteinander verschraubt oder anderweitig aneinander befestigt sind
und mit entsprechenden Dichtungen zwischen ihnen versehen sind.
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Innerhalb
des Gehäuses 3 ist
eine Welle 6 montiert, die von einem oberen (in der Darstellung) Lager 4 und
einem unteren (in der Darstellung) Lager 5 abgestützt ist.
Die Welle 6 ist um ihre Längsachse drehbar und wird von
einem Elektromotor 7 angetrieben, der die Welle 6 umschließt.
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Fest
an der Welle 6 damit drehbar angebracht ist ein Rotor 9,
der einen Gehäuseteil 16 des Gehäuses 3 überdeckt.
Mittels Schrauben 17 (nur eine dargestellt) am Gehäuseteil 16 befestigt
ist ein Gehäuseteil 22,
der Teil des Holweck-Abschnitts 2 bildet. Das Gehäuseteil 22 weist
einen mittigen Einlaß 31 für den Holweck-Abschnitt 2 auf.
Vom Gehäuseteil 22 herabhängend und
den Stator des Holweck-Abschnitts bildend ist eine Gruppe von drei hohlen
ringförmigen
Zylindern 23, 24, 25 vorhanden, deren
Längsachsen
parallel zur Längsachse
der Welle 6 und des Rotors 9 verlaufen.
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Eine
Gruppe von drei weiteren konzentrischen Hohlzylindern 26, 27, 28,
deren Längsachsen ebenfalls
parallel zur Längsachse
der Welle 6 und des Rotors 9 verlaufen, ist mit
ihren unteren (in der Darstellung) Enden fest an der Oberseite des
Rotors 9 befestigt.
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Jeder
der sechs Zylinder 23 bis 28 ist symmetrisch um
die Hauptachse montiert, welche die Längsachse der Welle 6 ist,
und, wie dargestellt, sind die Zylinder der einen Gruppe mit denjenigen
der anderen Gruppe verschachtelt, um einen gleichenförmigen Spalt
zwischen jeweils benachbarten Zylindern zu bilden. Dieser Spalt
verringert sich jedoch von den innersten benachbarten Zylindern 23, 26 zu
den äußersten
benachbarten Zylindern 25, 28.
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In
dem Spalt zwischen jeweils benachbarten Zylindern ist ein Gewindeflansch
(oder Flansche) angeordnet, der eine schraubenlinienförmige Struktur bildet,
die im wesentlichen durch den Spalt verläuft. Dieser Flansch kann an
einem der benachbarten Zylinder befestigt sein.
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2 zeigt
einen Teil des Zylinders 23 mit einem aufstehenden Flansch 30,
der in Form einer Anzahl einzelner Flansche zur Bildung einer helixförmigen Struktur
angebracht ist. Die anderen Zylinder 24, 25 haben
im wesentlichen die gleiche Konstruktion.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat der Rotor 9 die Form
einer Scheibe, an deren unterer Seite (in der Darstellung) darauf
eine Anzahl erhabener Ringe 10 gebildet ist, die, wie auf
dem Fachgebiet bekannt, Teil des regenerativen Abschnitts 1 bilden,
dessen Einzelheiten keinen Teil dieser Erfindung bilden.
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Im
Betrieb, wenn die Welle 6 und der Rotor 9 mit
hoher Drehzahl umlaufen, wird Gas in den Einlaß 31 im Gehäuseteil 22 und
in den Spalt zwischen den benachbarten Zylindern 23, 26 eingesaugt.
Es gelangt dann abwärts
durch die Helix, die aus dem aufstehenden Flansch im Zylinder 26 gebildet
ist, und von da aus nach oben durch den Spalt zwischen den Zylindern 23, 27,
usw., bis es abwärts
durch den Spalt zwischen den Zylindern 26, 28 gelangt.
Dann gelangt es in an sich bekannter Weise durch einen nicht dargestellten
Durchlaß in
den Einlaß des
regenerativen Abschnitts 1 und von da aus durch einen Auslaß 32 in
die Atmosphäre.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein weiterer Turbomolekularpumpenabschnitt 50 zu
der bekannten, in 1 dargestellten Verbundvakuumpumpe
hinzugefügt.
Insbesondere wird der Turbomolekularpumpenabschnitt 50 von
dem Holweck-Abschnitt 2 umschlossen.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, wo gleiche
Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und wonach auf dem Rotor 9 damit
drehbar ein zylindrischer Rotorkörper 52 montiert
ist, von welchem Rotorflügel 54 radial
auswärts
wegragen, die zusammen drei beabstandete Flügelanordnungen bilden, von
denen jede Anordnung eine Anzahl im Bereich von 20 solcher Flügel hat.
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Der
Abschnitt 50 umfaßt
auch einen Stator 56, der mit und innerhalb des Gehäusesteils 22 ausgebildet
ist, und von welchem eine Mehrzahl von Statorflügeln 58 radial wegragen,
die wiederum drei beabstandete Anordnungen von Flügeln bilden,
von denen jede Anordnung aus etwa 20 Flügeln besteht. Wie dargestellt,
sind die Anordnungen der Rotorflügel 54 mit den
Anordnungen der Statorflügel 58 verschachtelt,
wobei die Flügel 54, 58 relativ
zueinander in bei der Turbomolekularpumpentechnologie an sich bekannter
Weise abgewinkelt sind.
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Im
Betrieb wird Gas durch den Turbomolekularpumpenabschnitt innerhalb
des Stators 56 in der durch die Pfeile A gezeigten Richtung
zum unteren Stufenauslaß jenseits
der dritten ringförmigen
Anordnung von Statorflügeln
und von da aus in den Holweck-Abschnitt 2 gesaugt. Wie
zuvor erläutert,
verlässt
das Gas dann den Holweck-Abschnitt und tritt in an sich bekannter
Weise in den regenerativen Abschnitt 1 ein und tritt durch
den Auslaß 32 aus
der Verbundvakuumpumpe aus.
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Es
ist zu beobachten, daß bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
der Turbomolekularpumpenabschnitt 50 vollständig von
dem Molekularpumpenabschnitt 2 umschlossen ist.
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Um
eine gute Einlassgeschwindigkeit zu erreichen, benötigt die
Einlassstufe des Turbomolekularpumpenabschnitts 50 eine
maximale Fläche,
so daß die
(obere) Flügelanordnung 54,
wie dargestellt, einen größeren Durchmesser
als die übrigen
Flügelanordnungen
hat. Dies ist in der Vergangenheit dadurch erreicht worden, daß der Rotornabedurchmesser
der aufeinanderfolgenden Stufen vergrößert wurden, dass der Rotornabendurchmesser
der aufeinanderfolgenden Stufen vergrößert wurde und der Außendurchmesser
der Rotorflügel
beibehalten wurde, um dadurch eine maximale Spitzengeschwindigkeit beizubehalten.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform,
wo die Nabendurchmesser im wesentlichen gleich gehalten sind und
die Spitzendurchmesser der Rotorflügel verringert sind, hat es
sich jedoch gezeigt, daß der
Leistungsverlust nicht zu groß ist.
Daher verbleibt als Konsequenz Platz zum Montieren der Molekularpumpenstufen
um die unteren Turbomolekularstufen herum, ohne den Pumpendurchmesser über denjenigen
der Turbomolekularpumpeneinlaßstufe,
das ist die obere Schaufelanordnung des Turbomolekularpumpenabschnitts,
auszudehnen.
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Wie
dargestellt, können
die Stufen des Holweck-Abschnitts konzentrisch zu den inneren Stufen montiert
werden, die kürzer
sind und ein allmähliches Abstufen
der Turbomoleku larpumpenstufen ermöglichen. Die Molekularpumpenstufen
drosseln die Strömung
mehr als Turbomolekularpumpenstufen, so daß das Montieren der Molekularpumpenstufen
auf einem größeren Durchmesser
die Spitzengeschwindigkeit steigert und den Strömungsdurchsatz verbessert.
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Der
regenerative Abschnitt 1 folgt dem Molekularpumpenabschnitt,
wie auf dem Fachgebiet bekannt, aber könnte durch irgendeinen anderen
Mechanismus oder sogar eine separate Vakuumpumpe ersetzt werden.