WO2003031823A1

WO2003031823A1 - Axial fördernde reibungsvakuumpumpe

Info

Publication number: WO2003031823A1
Application number: PCT/EP2002/009223
Authority: WO
Inventors: Christian Beyer; Heinrich Engländer; Jürgen LEINEWEBER
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2001-10-06
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2004-04-06
Also published as: DE10149366A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine im wesentlichen axial fördernde Reibungsvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (2), mit mindestens zwei, rotationssymmetrischen, koaxial im Gehäuse angeordneten Bauteilen (5, 6), deren einander zugewandte, sich während des Betriebs der Pummpe (1) relativ zueinander bewegende Flächen einen Förderkanal (36, 37) mit kreisringförmigem Querschnitt begrenzen und die Gasförderung bewirkende Strukturen tragen; zur Erhöhung der Leistungsdichte wird vorgeschlagen, dass jedem der beiden Bauteile ein Antrieb (21, 33 bzw. 116) zugeordnet ist, welche derart in Betrieb genommen werden können, dass die beiden Bauteile (5, 6) in entgegengesetzter Richtung rotieren.

Description

Axial fördernde Rβibungsvakuumpumpe

Die Erfindung betrifft eine im wesentlichen axial fördernde ReibungsVakuumpumpe mit einem Gehäuse und mit mindestens zwei rotationssymmetrischen, koaxial im Gehäuse angeordneten Bauteilen, deren einander zugewandte, sich während des Betriebs der Pumpe relativ zueinander bewegende Flächen einen Förderkanal mit kreis- ringförmigem Querschnitt begrenzen und die Gasförderung bewirkende Strukturen tragen.

Allgemein ist es das Ziel der hier betroffenen Entwickler, die Pumpwirkung (Saugvermögen, Kompression) einer ReibungsVakuumpumpe zu verbessern, und zwar möglichst bei gleichbleibendem, vorzugsweise sogar kleinerem Bauvolumen (Erhöhung der Leistungsdichte) . Bei axial durchströmten Reibungsvakuumpumpen bedeutet _. das , dass die im zur Verfügung stehenden Förderquerschnitt durch das - üblicherweise zylindrische - Pumpengehäuse strömende Gasmenge erhöht wird.

Bekannte Reibungsvakuumpumpen besitzen einen Stator und einen Rotor, zwischen denen sich ein im Querschnitt ringförmiger Förderkanal befindet. Die die Gasförderung in einer solchen Pumpe bewirkenden Strukturen können ineinander greifende Stator- und Rotorschaufeln (Turbomolekularvakuumpumpe) , Gewindestege (Holweck-Pumpe) o- der ähnliches sein. Die Eigenschaften von Pumpen dieser Art hängen maßgeblich von der Relativgeschwindigkeit der Pumpstrukturen im Förderkanal zwischen Stator und Rotor ab.

Der in der Pumpe für die Anordnung kreisringförmiger Förderkanäle zur Verfügung stehende Förderquerschnitt ist nach innen dadurch begrenzt, dass im achsnahen Bereich keine hohen Umfangsgeschwindigkeiten und damit keine ausreichend hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen den Stator- und Rotorstrukturen erzielt werden können. Nach außen sind dem zur Verfügung stehenden Förderquerschnitt ebenfalls Grenzen gesetzt. Diese haben ihre Ursache in der maximalen Belastung der verwendeten Rotorwerkstoffe mit den auftretenden Zentrifugalkräften.

Eine typische (magnetgelagerte) Turbomolekularvakuumpumpe mit nur einem im Querschnitt kreisringförmigen Förderkanal ist aus der WO 94/04825 bekannt. Weiterhin ist aus der DE-A-196 32 375 eine Reibungsvakuumpumpe nach der Bauart von Holweck bekannt. Mehrere Zylinderabschnitte sind koaxial zueinander angeordnet und bilden gemeinsam ein Rotorbauteil. Mehrere zylindrische, jeweils zwischen den Rotor-Zylinderabschnitten angeordnete, stationäre Zylinderabschnitte bilden ein gemeinsames Statorbauteil. Zwischen den Zylinderabschnitten der Stator- und Rotorbauteile befinden sich im Querschnitt kreisringförmige Förderkanäle. Die die Gasför- derung bewirkenden Strukturen auf den Innen- bzw. Außenflächen der Zylinder sind so gestaltet, dass die Förderkanäle parallel und in gleicher Richtung durchströmt werden. Bei dieser Lösung wird eine Erhöhung des Saugvermögens der Pumpe durch eine Vervielfachung der Förderkanäle erreicht. Der insgesamt für die Anordnung wirksamer Förderkanäle zur Verfügung stehende Förderquerschnitt wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen nicht vergrößert, zumal Holweck-Pumpen relativ hohe Relativgeschwindigkeiten benötigen, d.h. , dass der nicht nutzbare achsnahe Bereich sogar relativ groß ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer ReibungsVakuumpumpe mit den eingangs genannten Merkmalen die Leistungsdichte zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Dadurch, dass zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rotorbauteile vorhanden sind, die in entgegengesetzter Richtung rotieren, kann die Relatiygeschwindigkeit der pumpwirksamen Strukturen maßgeblich erhöht werden. Dieses hat neben der Verbesserung der Pumpeigenschaften weiterhin den Vorteil, dass der Durchmesser der Pumpflächen kleiner sein kann. Ein bisher in einer Reibungsvakuumpumpe nicht nutzbarer achsnaher Bereich steht bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe für die Unterbringung von Pumpstrukturen zur Verfügung. Der Förderquerschnitt in der Pumpe kann vergrößert werden, die Leistungsdichte nimmt zu. Die erhöhte Relativgeschwindigkeit der Pumpflächen erlaubt es, nicht nur im Durchmesser kleinere sondern auch kürzere (wegen der erhöhten Effizienz) Förderkanäle zu verwirklichen, so dass kompakte Pumpen mit überraschend hohen Saugleistungen gebaut werden können. Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich deshalb insbesondere bei kleinen Reibungsvakuumpumpen realisieren.

Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen an Hand von in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der . Erfindung mit in den Bereichen beider Stirnseiten gelagerten Rotoren,

Figur 2 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der Erfindung mit einer Holweckstufe als dynamische Dichtung zwischen äußerem Rotor und Gehäuse,

Figur 3 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der

Erfindung mit einer Turbo-Stufe zwischen äußerem Rotor und Gehäuse,

Figur 4 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der Erfindung, zweiflutig ausgebildet,

Figur 5 eine Turbomolekularvakuumpumpe nach der

Erfindung mit hintereinander betriebenen Förderkanälen, Figur 6 eine Molekularpumpe nach der Erfindung und

Figur 7 eine Turbomolekularpumpe nach der Erfindung mit einer Schraubenpumpe als Vorpumpe.

In den Figuren 1 bis 6 sind jeweils die Pumpe mit 1, ihr Gehäuse mit 2, ihr Einlass mit 3,, ihr Auslass mit 4, der innere Rotor mit 5, der äußere Rotor mit 6 und die beiden Rotoren 5 , 6 gemeinsame Drehachse mit 7 bezeichnet. Die Figuren zeigen jeweils nur im wesentlichen zylindrisch gestaltete Rotoren; die Form der Rotoren und das an deren Form angepasste Gehäuse 2 können auch in an sich bekannter Weise stufenförmig oder konisch - vorzugsweise sich in Förderrichtung verjüngend - ausgebildet sein.

Bei der schematisch dargestellten Ausführung nach Figur

I umfasst das Gehäuse 2 einen zylindrischen Abschnitt

II sowie stirnseitige Deckel 12 und 13. Die Deckel 12, 13 sind jeweils mit sich nach innen erstreckenden, zy- linderabschnittförmigen Trägern 14, 15 ausgerüstet, auf denen sich die Rotoren 5, 6 abstützen.

Bestandteil des inneren Rotors 5 ist die Welle 17, die auf ihrer Außenseite mit Rotorschaufeln 18 ausgerüstet ist. Im Bereich des Trägers 14 befindet sich die auf der Welle 17 befestigte Rotorspule 19 des Antriebsmotors 21 für den inneren Rotor 5. Die die Rotorspule 19 umgebende Statorspule 22 stützt sich auf der Innenseite des Trägers 14 ab. Weiterhin befinden sich zwischen den Innenseiten der Träger 14, 15 und der Welle 17 Lager 24, 25, die die Welle 17 auf beiden Stirnseiten abstützen.

Bestandteil des äußeren Rotors 6 ist der Zylinderabschnitt 27, der auf seiner Innenseite mit Schaufeln 28 und auf seiner Außenseite mit Schaufeln 29 ausgerüstet ist. Den äußeren Schaufeln 29 sind Statorschaufeln 30 zugeordnet, die am äußeren Gehäuse 2 ,bzw. 11 befestigt sind bzw. davon zentriert werden, wenn sie Bestandteil eines vom Gehäuse 2 umfassten Statorscheiben-Distanzring-Paketes sind.

Der Zylinderabschnitt 27 des äußeren Rotors 6 ist ebenfalls beidseitig gelagert. Er stützt sich über die Lager 31, 32 auf den Außenseiten der Träger 14, 15 ab. Der Antriebsmotor 33 für den Rotor 6 befindet sich auf der dem Antriebsmotor 21 für den Rotor 5 gegenüber liegenden Stirnseite. Er ist als Außenläufermotor ausgebildet, wie es bei Turbomolekularvakuumpumpen an sich bekannt ist (vgl. FR-A-1 304 689). Die Statorspule 34 ist auf der Außenseite des Trägers 15, die Rotorspule 35 am Zylinderabschnitt 27 befestigt.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 besitzt zwei im Querschnitt kreisringförmige Förderräume 36 und 37, die parallel bzw. einflutig durchströmt werden (vgl. die jeweils eingezeichneten Pfeile) . Dazu ist der Zylinderabschnitt 27 in Höhe des Einlassstutzens 3 mit Öffnungen 38 und in Höhe AnschlussStutzens 4 mit Öffnungen 39 ausgerüstet. Die Rotoren 5 und 6 haben entgegengesetzte Drehrichtungen, so dass selbst im achsnahen Förderraum 37 relativ hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Schaufeln 18 des inneren Rotors 5 und den nach innen gerichteten Schaufeln 28 den äußeren^• Rotors 6 erreicht werden können. Auch die Relativgeschwindigkeit der pumpaktiven Schaufeln 29 (rotierend) und 30 (stehend) im Förderraum 36 ist noch relativ hoch, da die Rotorschaufeln 29 des äußeren Rotors 6 einen größeren Achsabstand und damit eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Rotorschaufeln 18 des inneren Rotors 5 haben.

In Figur 1 sind noch Abdichtungsmittel dargestellt, die die Förderräume 36, 37 von den Lager- und Motorräumen trennen. Es handelt sich um feststehende Ringscheiben 41, 42, 43 und 44 mit konzentrischen Dichtkrägen 45, 46, 47 und 48, die gemeinsam mit dem jeweils rotierenden Bauteil berührungsfreie Abdichtungen (Labyrinthdichtungen, Gewindestegdichtungen) bilden. Die Ringscheiben 41, 42 trennen den äußeren Förderraum 36, die auf den inneren Stirnseiten der Träger 14, 15 befestigten Ringscheiben 43, 44 den inneren Förderraum 37 von den beiden deckelseitigen Motor- und Lagerräumen. Abdichtungen der beschriebenen Art sind zweckmäßig, wenn möglichst kohlenwasserstofffrei gepumpt werden soll und die Lager 24, 25, 31, 32 der beiden Rotoren 5, 6 nicht als Magnetlager ausgebildet sind.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einflutige Ausführungen, bei denen die Rotoren 5, 6 im Bereich nur einer Stirnseite (in den Figuren 2 und 3 die untere Stirnseite) fliegend gelagert sowie angetrieben sind und bei denen die obere Stirnseite des Gehäuses 2 den Einlass 3 bildet. Der äußere Rotor 6 hat etwa die Form einer nach unten offenen Glocke, in deren Hohlraum sich die Antriebsmotoren 21 (Innenläufer für den inneren Rotor 5) und 33 (Außenläufer für den äußeren Rotor 6) sowie die Lager 24, 25 für den inneren Rotor 5 und die Lager 31, 32 für den äußeren Rotor 6 befinden. Die dargestellten Pumpen besitzen otorseitig den Gehäusedeckel 12. An diesem ist zentral ein Bauteil 50 (nur in Fig. 2 dargestellt) lösbar befestigt, das - ebenfalls lösbar - mit einem Träger 51 verbunden ist. Der Träger 51 erstreckt sich zylindrisch in den Motor- und Lagerraum hinein und trägt die beiden Statorspulen der Antriebsmotoren 21, 33. Das Bauteil 50 besitzt eine konzentrische Aussparung 52, in der sich das untere Lager 25 der Welle 17 befindet. Das obere Wellenlager 24 stützt sich auf einem einwärts gerichteten Steg 49 des Trägers 51 ab.

Auf der Außenseite des Bauteiles 50 stützt sich über das Lager 32 eine Scheibe 53 ab, die den äußeren Rotor 6 trägt. Der Innenring des oberen Lagers 31 für den äußeren Rotor 6 stützt sich ebenfalls auf dem Steg 49 des Trägers 51 ab. Weiterhin ist der äußere Rotor 6 mit einem nach innen gerichteten Steg 54 ausgerüstet, der einen Stützring 55 trägt. Auf diesem stützt sich der äußere Lagerring des Lagers 31 ab. Das Lager 31 könnte sich auch unmittelbar zwischen den beiden gegenläufigen Rotoren 5 und 6 befinden; die Lagerbelastung wäre dann allerdings relativ hoch.

Der Steg 54 weist Durchtrittsöffnungen 56 für die im inneren Förderraum 37 strömenden Gase auf. Sie werden dadurch gebildet, dass mehrere axial versetzte Stegabschnitte den Stützring 55 für den äußeren Lagerring des Lagers 31 tragen. An Stelle verschiedener Stegabschnit- schnitte kann auch ein schraubenförmiger Steg 54 vorhanden sein, der die axial-tangentiale Förderung der Gase unterstützt. Auch die Scheibe 53 ist mit Öffnungen 57 ausgerüstet. Eingezeichnete Pfeile lassen den Weg der geförderten Gase erkennen.

Der Träger 51, das Bauteil 50, die Lager 24, 25, 31, 32 sowie die Statorspulen 22, 34 der Antriebsmotoren 21, 33 bilden zusammen eine kompakte Lager- und Antriebseinheit. Bei der Ausführung nach Figur 3 kann die Lager- und Antriebseinheit so ausgebildet sein wie bei der Lösung nach Figur 2. Sie wurde deshalb nicht nochmals dargestellt. Aus Gründen einer Kohlenwasserstoff- Freiheit könnte es bei einer alternativen Lösung zweckmäßig sein, zumindest einen Teil der mechanischen Lager in an sich bekannter Weise durch Magnetlager zu ersetzen.

Die Ausführungen nach den Figuren 2 und 3 unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, dass die äußere Pumpstufe mit ihrem Förderraum 36 einmal als Holweckstufe (Figur 2) und einmal als Turbomolekularpumpenstufe (Figur 3, Rotorschaufeln 29, Statorschaufeln 30) ausgebildet ist. Die Holweckstufe (Rotor 6 außen glatt, Innenwand des Gehäuses mit Gewinde 58) hat im wesentlichen die Funktion einer dynamischen Abdichtung mit relativ geringem Saugvermögen. Pumpen der in Figur 2 dargestellten Art sind kompakt und haben wegen der im Förderräum 37 gegenläufig rotierenden Schaufeln 18, 28 ein hohes Saugvermögen. Bestandteil des Rotors 6 kann zusätzlich ein äußerer Zylinder 59 sein, der z.B. aus CFK besteht und bei der Realisierung höherer Drehzahlen Armierungsfunk- tion hat.

Bei der Ausführung nach Figur 3 ist die äußere Pumpstufe mit ihrem Förderraum 36 als Turbomolekularpumpstufe ausgebildet. Das Gehäuse 2 zentriert in an sich bekannter Weise einen Stator, der üblicherweise aus Schaufel- und Distanzhalbringen besteht. Die Schaufelhalbringe tragen die Schaufeln 30, die mit den rotierenden Schaufeln 29 die Förderung der Gase bewirken. Die innere Pumpstufe mit ihrem Förderraum 37 kann z.B. - im einzelnen nicht dargestellt - so aufgebaut sein, dass bei der Montage der Pumpe 1 abwechselnd Schaufel- ringe, die die Schaufeln 28 des Rotors 6 tragen, sowie Schaufelringe, die die Schaufeln 18 des Rotors 5 tragen, übereinandergelegt und z.B. durch Axialbolzen gesichert werden.

Besonders einfach sind Herstellung und Montage der pumpwirksamen Bauteile jedoch dann, wenn sie der Lehre nach der Patentanmeldung DE 198 46 188 A 1 entsprechen. Nach dieser Lehre sind die Schaufeln des Stators oder Rotors einer Turbomolekularpumpe mit Schlitzen ausgerüstet, die derart ausgebildet sind, dass Rotor und Stator in- und auseinanderschraubbar sind, d. h. , durch Ineinanderschrauben montiert und durch Auseinanderschrauben demontiert werden können. Auch die äußere Pumpstufe mit ihrem Förderraum 36 kann in dieser Weise ausgebildet sein, so dass in dieser Pumpstufe die Vielzahl von Schaufelringen und Distanzringen entfallen kann. Die Montage der Pumpe nach Figur 3 könnte in der Weise erfolgen, dass zunächst die Antriebs- und Lagereinheit - z. B. auf dem Deckel 12 - montiert und diese Einheit sowie der innere Rotor 5 zusammengefügt werden. Danach werden der innere und äußere Rotor ineinander geschraubt und der äußere Rotor 6 an der Scheibe 53 befestigt. Im Anschluss daran erfolgt die Montage des Stators. Ist der Stator in der in Figur 3 dargestellten Weise aufgebaut, wird zunächst das Statorpaket, bestehend aus Statorscheiben- und Distanzringhälften montiert und durch Aufschieben des Gehäuse 2 zentriert . Ist der Stator nach der Lehre der DE 198 46 188 A 1 einstückig aufgebaut, werden die Bauteile der äußeren Pumpstufe mit dem Förderraum 36 durch Ineinanderschrau- ben zusammengefügt. Der abschließende Schritt ist jeweils die Befestigung des Gehäusedeckels 12 am Gehäuse 2.

Figur 4 zeigt eine zweiflutige Version einer Reibungsvakuumpumpe nach der Erfindung. Wie bei ReibungsVakuumpumpen dieser Gattung üblich, besitzt sie einen peri- pher und etwa mittig angeordneten Einlass 3. Der Zylinderabschnitt 27 des äußeren Rotors 6 ist in Höhe des Einlasses 3 mit Öffnungen 61 ausgerüstet, so dass von den insgesamt vier entstehenden Pumpstufen mit ihren Förderräumen 36a, 36b, 37a, 37b jeweils zwei parallel betrieben werden können. Die zwei jeweils parallel betriebenen Turbomolekularpumpenstufen mit ihren Förderräumen 36a und 36b (jeweils außen mit ihren Schaufeln 29, 30) sowie 37a und 37b (jeweils innen mit in entgegen gesetzter Richtung rotierenden Schaufeln 18 und 28) transportieren die zu fördernden Gase in Richtung der beiden Stirnseiten. Die dort angeordneten Auslassöffnungen 4a und 4b sind über Leitungen 62, 63 zusammen geführt und münden in den Vorvakuumstutzen, der den Auslass 4 bildet.

Auf einer der beiden Stirnseiten (in der Figur 4 die linke Stirnseite) befindet sich eine Antriebs- und Lagereinheit, die der bereits zu Figur 2 beschriebenen Antriebs- und Lagereinheit weitgehend entspricht. Unterschiedlich ist, dass sich die beiden Lagerpaare 24, 25 bzw. 31, 32 jeweils an den stirnseitigen Enden der jeweiligen Rotoren 5, 6 befinden (ähnlich der Lösung nach Figur 1) . Rotordynamisch bietet diese Lösung erhebliche Vorteile. Vor allem können in einfacher Weise aktive und/oder passive Magnetlager eingesetzt werden.

Bei den Ausführungen nach den Figuren 1 bis 4 sind die Förderkanäle 36, 37 jeweils parallel durchströmt. Figur 5 zeigt schematisch eine Ausführung, bei der die Förderkanäle hintereinander durchströmt sind. Wie bei den Ausführungen nach den Figuren 2 und 3 sind die beiden Rotoren 5, 6 fliegend gelagert und auf der Lagerseite angetrieben. Lager und Antrieb sind im einzelnen nicht dargestellt. Der Einlass 3 mündet seitlich in das la- gerseitige Ende des äußeren Förderkanals 36. Die geförderten Gase durchströmen den Förderkanal 36, werden im Bereich der freien Stirnseiten der Rotoren 5, 6 umgelenkt und durchströmen danach den inneren Förderkanal 37 in Richtung Auslass 4 (nicht dargestellt) .

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen jeweils zwei Förderkanäle 36 und 37 mit unter- schiedlichen Achsabständen und unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten der jeweiligen Pumpstrukturen auf. Bezüglich der Drehzahlen der beiden Rotoren 5, 6 reicht es aus, wenn nur der äußere Rotor mit den bei Reibungsvakuumpumpen üblichen Drehzahlen (30 bis 100 T U/min) betrieben wird, da im äußeren Förderkanal 36 rotierende und stehende Strukturen die gewünschten Fördereigenschaften erfüllen müssen. Bezüglich des inneren Rotors 5 bzw. inneren Förderkanals 37 gilt: Die gewünschte und durch die Erfindung erreichte Erhöhung der Relativgeschwindigkeit der Pumpstrukturen tritt auch dann ein, wenn der innere Rotor 5 nicht mit den bei Reibungsvakuumpumpen üblichen Drehzahlen rotiert, da bereits der Rotor 6 solche Drehzahlen hat. Wegen der entgegengesetzten Drehrichtung des inneren Rotors 5 erhöht jede Drehzahl dieses Rotors die Relativgeschwindigkeit der Pumpflächen im inneren Förderkanal 37.

Die Einstellung der gewünschten Fördereigenschaften in den Förderkanälen 36, 37 erfolgt durch entsprechende Ausbildung der Pumpstrukturen. Handelt es sich um ineinander greifende Schaufelreihen, können in bekannter Weise Länge, Breite, Dicke, Abstand, Anstellwinkel usw. der Schaufeln so gewählt werden, dass der jeweilige Förderkanal die gewünschten Eigenschaften hat. Je nach dem, ob in einem Förderkanal mit einer Gewindestruktur im wesentlichen eine dynamische Abdichtung oder ein maßgeblicher Transport der Gase erreicht werden sollen, kann das Gewinde in Bezug auf Anzahl der Gänge, Steigung, Tiefe, Breite usw. angepasst werden. Bei der nur schematisch dargestellten Ausführung nach Figur 6 handelt es sich um eine als Molekularpumpe ausgebildete ReibungsVakuumpumpe, wie sie aus der DE 196 32 357 bekannt ist. Unterschiedlich gegenüber dem genannten Stand der Technik ist, dass die pumpwirksamen Flächen im Sinne der vorliegenden Erfindung in entgegengesetzter Richtung rotieren. Jeder der Rotoren 5, 6 weist jeweils eine rotierende Scheibe (71, 72) auf, die axial beabstandet sind und zwischen denen sich die pumpaktiven Bauteile erstrecken. Die Scheibe 71 des Rotors 5 steht mit der Welle 17 und einem auf der Welle fixierten zentralen Rotorbauteil 73 in Verbindung, der auf seiner Außenseite mit pumpwirksamen Strukturen (Gewindestege) ausgerüstet ist. Die Scheibe 71 trägt weitere drei Zylinderabschnitte 74, 75, 76, deren Innen- und Außenseiten als Pumpflächen ausgebildet sind. Die auf der Außenseite des äußeren Zylinders 76 befindlichen Pumpflächen bilden mit der Innenseite des Gehäuses 2 den äußersten Förderraum 77.

Die Scheibe 72 des Rotors 6 trägt drei Zylinder 78, 79, 80, die in die Zwischenräume zwischen den Zylindern 73, 74, 75, 76 eingreifen und insgesamt sechs Förderräume 81 bis 86 bilden. Ringförmig angeordnete Öffnungen 87 bzw. 88 in den Scheiben 71, 72 und entsprechend ausgebildete Strukturen der wirksamen Pumpflächen bewirken, dass insgesamt sieben parallel betriebene Förderräume (77, 81 bis 86) vorhanden sind. Nicht nur wegen der Vielzahl der Förderräume sondern auch wegen der einander entgegengesetzt gerichteten Drehbewegung der Zylinder 74, 75, 76 einerseits und 78, 79, 90 andererseits wird der Bau einer kompakten MolekularVakuumpumpe mit hohem Saugvermögen möglich, da wegen der hohen Relativgeschwindigkeiten auch näher zur Achse gelegene Bereiche in den Förderquerschnitt einbezogen werden können. Antrieb und Lagerung der beiden Rotoren 5, 6 sind in Figur 6 nur teilweise dargestellt. Die angedeutete Lösung entspricht der zu Figur 1 beschriebenen Lösung.

Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der eine ReibungsVakuumpumpe 1 nach der Erfindung mit einer Vorvakuumpumpe 90 kombiniert ist. Die ReibungsVakuumpumpe 1 entspricht im wesentlichen den Ausführungen nach Figur 2 oder 3. Die Vorvakuumpumpe 90 ist als Schraubenvakuumpumpe ausgebildet. Ihr Gehäuse ist mit 91 bezeichnet. Die Schraubenvakuumpumpe 90 umfasst zwei Rotoren 92 und 93, die jeweils einen Wellenabschnitt 94, 95 und ein Gewinde 96, 97 aufweisen.

Die Reibungsvakuumpumpe 1 weist eingangsseitig zwei parallel geschaltete Turbomolekularpumpenstufen auf (Förderkanäle 36, 37) . Daran schließt sich in Höhe des Motor- und Lagerraumes eine Molekularpumpenstufe 101 an, gebildet von der zylindrischen Außenseite des Zylinders 27 des äußeren Rotors 6 und dem unteren Abschnitt des Gehäuses 11 der Pumpe 1. Die Innenseite dieses Gehäuseabschnittes ist mit der erforderlichen Gewindestruktur 102 ausgerüstet. Die Molekularpumpenstufe setzt den äußeren Förderkanal 36 der äußeren Turbomolekularpumpen- stufe fort. Durch Öffnungen 103 im Zylinder .27 gelangen die im inneren Förderkanal 37 strömenden Gase in den Förderkanal 36. Die druckseitige Stirnseite des unteren Gehäuseabschnittes bildet eine Scheibe 104, die im wesentlichen die Funktionen des Deckels 12 nach den Figuren 2 und 3 hat. An diesem Deckel ist die Vorvakuumpumpe 90 mit ihrer saugseitigen Stirnseite befestigt. Die Scheibe 104 ist mit einer zentralen Öffnung 105 ausgerüstet, die gleichzeitig den Auslass 4 der Pumpe 1 und den Einlass der Schraubenpumpe 90 bildet. In von den Gewinden 96 und 97 sowie vom Gehäuse 91 gebildeten Kammern werden die Gase zum Auslass 106 gefördert.

Bei der Molekularpumpe 101, die sich in Höhe des Motor- und Lagerraumes befindet, muss sicher sein, dass der Motor- und Lagerraum die Ansaugseite und die Auslassseite der Molekularpumpe nicht kurzschließt. Im einzelnen nicht dargestellte dynamische Dichtungen sind vorgesehen, die diesen Kurzschluss verhindern. Diese Dichtungen können als Labyrinthdichtungen ausgebildet sein, die sich oberhalb oder unterhalb der Lager 24, 31 befinden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sich dynamische Dichtungen in den Spalten der Motoren 21, 3 befinden, die beispielsweise als Gewindedichtungen ausgebildet sind.

Die Welle 17 der Pumpe 1 ist - im Vergleich zu den Lösungen nach den Figuren 2 und 3 - druckseitig verlängert. Die Verlängerung erstreckt sich durch die Öffnung 105 hindurch und bildet den Wellenabschnitt 94 des Schraubenrotors 92. Rotor 5 der Reibungsvakuumpumpe 1 und Rotor 92 der Schraubenvakuumpumpe 91 bilden eine Einheit. Ihre Lager sind mit 24 und 25 bezeichnet. Das saugseitige Lager 24 stützt sich auf den Steg 49 des Trägers 51 (wie bei den Ausführungen nach den Figuren 2 und 3) . Das druckseitige Lager 25 befindet sich im Gehäuse 91 der Pumpe 90, und zwar im Bereich der druckseitigen Stinseite ihres Gehäuses 91. Der zweite Rotor 93 der Schraubenpumpe 90 stützt sich auf die Lager 107 und 108 ab. Das Lager 107 liegt in der Ebene des Lagers 25. Das Lager 108 befindet sich in Höhe der Scheibe 104. In der Nähe der Lager 25 und 107 tragen die Wellenabschnitte 94 und 95 die bei Schraubenpumpen üblichen SynchronisationsZahnräder 111 und 112. In die gestrichelt angedeuteten Sackbohrungen 114, 115 in den Wellenabschnitten 94, 95 können von der Druckseite her Kühlmittel eingespritzt werden.

Bei der Lösung nach Figur 7 handelt es sich um eine kompakte Vakuumpumpe, die sehr niedrige Drücke (Hochvakuum) zu erzeugen vermag und die gegen den Atmosphärendruck verdichtet. An Stelle der Schraubenvakuumpumpe 90 können auch andere Vorvakuumpumpen eingesetzt werden, vorzugsweise axial fördernde Pumpen mit mindestens einer Welle, die - wie bei der beschriebenen Ausführung - von einer Verlängerung der Welle 17 der Reibungspumpe 1 gebildet wird. Solche Pumpen sind beispielsweise Ex- centerschnecken- oder Innenspindelpumpen, wie sie aus der DE-A-198 49 098 bekannt sind. Auch wenn die Wellen dieser Pumpen und damit der innere Rotor 5 der Reibungspumpe 1 nicht mit den bei Pumpen dieser Art üblichen Drehzahlen betrieben werden, wird dennoch - wie weiter vorne bereits erwähnt - der erfindungsgemäße Effekt - Erhöhung der Relativgeschwindigkeit der Pumpstukturen im Förderkanal 37 - erreicht. In Figur 7 ist noch gestrichelt eine Antriebsalternative für die Welle 17, 94 dargestellt. Die Welle 94 ist druckseitig nach außen geführt. Diesem Wellenstumpf ist ein Antriebsmotor 116 zugeordnet. Bei dieser Ausführung kann der Antriebsmotor 21 im Motor-Lagerraum der Reibungspumpe 1 entfallen.

Claims

Axial fördernde ReibungsVakuumpumpePATENTANSPRÜCHE

1. Im wesentlichen axial fördernde Reibungsvakuumpumpe (1) mit einem Gehäuse (2) , mit mindestens zwei, rotationssymmetrischen, koaxial im Gehäuse angeordneten Bauteilen (5, 6), deren einander zugewandte, sich während des Betriebs der Pumpe (1) relativ zueinander bewegende Flächen einen Förderkanal (36, 37) mit kreisringförmigem Querschnitt begrenzen und die Gasförderung bewirkende Struktu- • ren tragen, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Bauteile ein Antrieb (21, 33 bzw. 116) zugeordnet ist, welche derart in Betrieb genommen werden können, dass die beiden Bauteile (5, 6) in entgegengesetzter Richtung rotieren.

2. Pumpe nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Rotor (5) und ein äußerer, den inneren Rotor (5) umgebender Rotor (6) die beiden Bauteile bilden und dass mindestens die Außenfläche des inneren Rotors (5) und/oder die Innenflä- ehe des äußeren Rotors (6) die Gasförderung bewirkende Strukturen (18 bzw. 28) tragen.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Außenfläche des äußeren Rotors (6) und/oder die Innenfläche des Gehäuses (2) die Gasförderung bewirkende Strukturen (29. bzw. 30, 58, 102) tragen.

4. Pumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass sie ein- oder zweiflutig ausgebildet ist und das Förderkanäle (36, 37 bzw. 36a, 37a; 36b, 37b) parallel von den zu fördernden Gase durchströmt sind.

5. Pumpe nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile der beiden Rotoren (5, 6) jeweils mehrere ineinander greifende Zylinderabschnitte (74, 75, 76 bzw. 78, 79, 80) sind, wobei die jeweils einander zugewandten, sich während des Betriebs der Pumpe (1) relativ zueinander bewegenden Flächen jeweils einen Förderkanal (82, 83, 84, 85, 86, 77) mit kreisringförmigen Querschnitt begrenzen und die Gasförderung bewirkende Strukturen tragen.

6. Pumpe nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass Scheiben (71 bzw. 72) die paarweise ineinander greifenden Zylinder tragen.

7. Pumpe nach Anspruch 4, 5.oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Förderkanal (36, 77) mit Pumpstrukturen ausgerüstet ist, die. die Funktion einer dynamischen Dichtung haben.

8. Pumpe nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Gehäuses die Pumpenstrukturen (58) trägt und dass Bestandteile der Außenfläche des Rotors (5, 6) eine Armierung (59) ist.

9. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel betriebene, mit Schaufeln ausgerüstete Turbomolekularpumpenstufen und eine Molekularpumpenstufe axial hintereinander angeordnet sind.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderkanäle (36, 37) hintereinander angeordnet sind.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch . gekennzeichnet, dass Bestandteil des Rotors (5) eine Welle (17) und Bestandteil des Rotors (6) ein Zylinder (27) ist und dass Welle (17) und Zylinder (27) stirnseitig gelagert sind.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Welle (17) und Zylinder (7) stirnseitig derart angetrieben sind, dass die beiden Antriebsmotoren einander gegenüber liegen.

13. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Rotor (5) und Rotor (6) fliegend gelagert sind.

14. Pumpe nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass Rotor ( 5 ) und Rotor ( 6) auf der selben Stirnseite fliegend gelagert und angetrieben sind.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14 , dadurch gekennzeichnet , dass stirnseitige Deckel mit Trägern ( 14, 15 , 51) ausgerüstet sind, auf denen sich Rotorlager und Bestandteile der Antriebsmotoren

(21 , 33 ) abstützen.

16. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (27) auf einer oder auf beiden Seiten Glockenform hat und dass sich die Lager- und Antriebsmittel in dem von der bzw. den Glocken gebildeten Raum befinden.

17. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (17) des Rotors (5) mit Hilfe eines Innenläufermotors (21) und der Zylinder (27) des Rotors (6) mit einem Außenläufermotor (33) angetrieben wird.

18. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Lager (24, 25, 31, 32) als Magnetlager ausgebildet sind.

19. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Vorvakuumpumpe (90) ausgerüstet ist.

20. Pumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvakuumpumpe eine Welle (94) aufweist, das die Welle (17) der Pumpe (1) durch das Gehäuse (2) der Pumpe (1) heraus geführt ist und gleichzeitig die Welle (94) der Vorvakuumpumpe bildet.

21. Pumpe nach Anspruch 20 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (94) der Vorvakuumpumpe (90) vom Antriebsmotor (21) der Welle (17) angetrieben wird.

22. Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvakuumpumpe (90) einen Antriebsmotor (116) für die Welle (94) aufweist und dass die

Welle (17) der Pumpe (1) vom Antriebsmotor (116) angetrieben wird.

23. Pumpe nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (91) der Vorvakuumpumpe (90) am Gehäuse (2) der Pumpe (1) angeflanscht ist und dass die Durchtrittsöffnung (105) für die Welle (17) den Auslass (4) der Pumpe (1) und den Einlass der Vorvakuumpumpe (90) bildet.

24. Pumpe nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lager (24, 25) für den Rotor (5) vorgesehen sind und dass sich eines der Lager in der Vorvakuumpumpe (90) befindet.

25. Pumpe nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvakuumpumpe (90) eine Zweiwellenvakuumpumpe ist.