專(zhuān)利名稱(chēng)：抽真空裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分特征的抽真空裝置。
背景技術(shù)：
如果要在一個(gè)處理腔室內(nèi)或者一個(gè)其他的容器內(nèi)建立處于高真空范圍(＜＝10-3mbar)內(nèi)的壓力，通常使用一些具有一個(gè)抽吸側(cè)的真空泵和一個(gè)大氣壓力側(cè)的真空泵(預(yù)真空泵)的抽真空裝置。抽吸側(cè)的真空泵通常設(shè)計(jì)為機(jī)械動(dòng)力的真空泵。屬于這一類(lèi)的有氣體環(huán)形泵、渦輪真空泵(軸向、徑向)以及分子真空泵和渦輪分子真空泵。
在這種類(lèi)型的壓力下，待輸送的氣體表現(xiàn)為分子，也就是說(shuō)，只有通過(guò)泵結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)有向的氣流，所述泵結(jié)構(gòu)給各個(gè)氣體分子施加了具有一個(gè)優(yōu)選方向的脈沖，即具有期望的氣流方向的脈沖。因?yàn)樵谶@個(gè)需要抽成真空的腔室內(nèi)的氣體分子沒(méi)有優(yōu)選的運(yùn)動(dòng)方向，所以只有偶然具有這個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的氣體分子到達(dá)連接的真空泵的抽吸管內(nèi)。
由EP-363 503 A1已知一種此處所述類(lèi)型的抽真空裝置。機(jī)械動(dòng)力真空泵的轉(zhuǎn)子和定子是圓柱形的。為了實(shí)現(xiàn)盡可能多的氣體分子進(jìn)入到連接在腔室上的、即在抽吸側(cè)的真空泵上的抽吸管內(nèi)，轉(zhuǎn)子有一個(gè)錐形的、直徑沿著壓力側(cè)的方向遞增的套筒。在套筒和定子的圓柱形內(nèi)表面之間的接片寬度相應(yīng)地沿著壓力側(cè)的方向遞減。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于這些表現(xiàn)為分子的氣體的進(jìn)入橫截面，也就是待輸送氣體進(jìn)入的處于抽吸側(cè)的環(huán)形面，相對(duì)較大。一種已知類(lèi)型的抽真空裝置對(duì)于在有很高的氣體通過(guò)能力的要求的應(yīng)用場(chǎng)合中特別適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是在很高的氣體通過(guò)能力的要求方面繼續(xù)改進(jìn)一種此處所述類(lèi)型的抽真空裝置。
所述任務(wù)是通過(guò)所述各權(quán)利要求的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
僅通過(guò)將表現(xiàn)為分子的氣體進(jìn)入其中的抽吸側(cè)的環(huán)形面在本發(fā)明的泵中沿徑向進(jìn)一步向外的方式，即使在轉(zhuǎn)子套筒為圓柱形結(jié)構(gòu)的情況下，也能擴(kuò)大進(jìn)入橫截面，因?yàn)檫M(jìn)入橫截面隨著外部的轉(zhuǎn)子幾何形狀的半徑成平方關(guān)系增長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子的用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)件(接片)徑向朝外的移置此外還導(dǎo)致更高的圓周速度，由此進(jìn)一步提高了氣體通過(guò)能力。
特別有利的是，將如在現(xiàn)有技術(shù)中的抽真空裝置中那樣的套筒呈錐形構(gòu)成。在一種按這種方式設(shè)計(jì)的真空裝置中，進(jìn)入橫截面比現(xiàn)有技術(shù)術(shù)中的要大幾倍。
最后有利的是，在一個(gè)穿過(guò)抽吸側(cè)的真空泵的縱截面上描述轉(zhuǎn)子的外徑以及定子的內(nèi)徑的形狀的線(xiàn)條這樣地向內(nèi)拱起呈曲線(xiàn)狀地延伸，曲線(xiàn)的升角從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞增。特別合乎目的的是，這些線(xiàn)條基本上具有一種雙曲線(xiàn)的形狀。抽吸側(cè)的真空泵的這種結(jié)構(gòu)保證了輸送氣體最優(yōu)的且基本無(wú)干擾的流動(dòng)，并由此基本上實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)氣體通過(guò)能力的目標(biāo)?？傮w上實(shí)現(xiàn)了功率密度的明顯改進(jìn)，也就是說(shuō)，抽吸側(cè)的真空泵的有效功率與該泵的質(zhì)量之比明顯大于在現(xiàn)有技術(shù)中的情況。


下面借助由圖1至4中示意地描述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)進(jìn)行解釋。
附圖中圖1具有錐形定子和圓柱形轉(zhuǎn)子套筒的方案的剖面圖，圖2具有錐形定子和錐形轉(zhuǎn)子套筒的方案的剖面圖，圖3具有向內(nèi)拱起的定子和錐形的轉(zhuǎn)子套筒的方案的剖面圖，圖4按照?qǐng)D3的方案，其中描述了轉(zhuǎn)子的視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中，本發(fā)明的裝置標(biāo)記為1，抽吸側(cè)的真空泵標(biāo)記為2，僅作為符號(hào)描述的處于大氣壓力側(cè)的真空泵標(biāo)記為3。抽吸側(cè)的泵2設(shè)計(jì)為機(jī)械動(dòng)力的真空泵。它具有一個(gè)包括區(qū)段5、6和7的三部分式殼體4。抽吸側(cè)的區(qū)段5配備了一個(gè)法蘭8，該法蘭構(gòu)成抽吸口9并且用于連接在一個(gè)需要抽真空的系統(tǒng)上。區(qū)段5的內(nèi)壁10構(gòu)成了機(jī)械動(dòng)力真空泵2的定子結(jié)構(gòu)件。殼體區(qū)段5環(huán)繞著轉(zhuǎn)子11。該轉(zhuǎn)子包括一個(gè)套筒12，該套筒在其外側(cè)上支承著用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)13。在此涉及其升角和寬度從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減的接片14(尤其參閱圖4)，例如由EP 363 503 A1是已知的那樣。轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)軸標(biāo)記為15。在轉(zhuǎn)子11的外輪廓和定子，即殼體4的內(nèi)壁10之間有縫隙16，為避免大量的氣體回流，該縫隙應(yīng)該盡可能小。
所述至少內(nèi)部呈錐形的殼體區(qū)段5支承在中部的、基本上圓柱形的殼體區(qū)段6上。殼體區(qū)段5的下部以一個(gè)下部的端部區(qū)段18伸入到殼體區(qū)段6內(nèi)，并且一直伸入到轉(zhuǎn)子11的處于壓力側(cè)的端部上。由轉(zhuǎn)子11和定子8輸送的氣體到達(dá)一個(gè)環(huán)形腔室19，該環(huán)形腔室上連接輸出管21。該輸出管與處于大氣壓力側(cè)的真空泵3通過(guò)管路22連接。
套筒12是中空的。它在抽吸側(cè)的區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)圓板23，該圓板將一個(gè)在套筒12內(nèi)的在壓力側(cè)的空腔24與抽吸側(cè)分隔開(kāi)。
下部的殼體區(qū)段7大致呈罐形并且固定在中部的殼體區(qū)段6上。所述殼體區(qū)段7與在套筒12內(nèi)的處于壓力側(cè)的空腔24一起共同構(gòu)成了一個(gè)電機(jī)室和軸承室，在圖1和3中未詳細(xì)描述用于轉(zhuǎn)子的一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和軸承系統(tǒng)。這些結(jié)構(gòu)件本身是已知的。軸承系統(tǒng)合乎目的地由磁性軸承組成。由于很高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，這些磁性軸承特別適用于機(jī)械動(dòng)力的真空泵。在圖4中描述了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和軸承系統(tǒng)的伸入到殼體區(qū)段7內(nèi)的這些部分?？梢钥闯鲆粋€(gè)渦流制動(dòng)器的一個(gè)自潤(rùn)滑軸承25和一些結(jié)構(gòu)件26。
在按圖1和2的方案中，轉(zhuǎn)子11的外輪廓和定子10呈錐形地構(gòu)成了殼體2的內(nèi)表面，并且這樣地構(gòu)成，使得轉(zhuǎn)子和定子的外輪廓的直徑從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。由此用于從連接的容器中待除去的分子的進(jìn)入橫截面擴(kuò)大了，結(jié)構(gòu)13的圓周速度也擴(kuò)大了。在按圖2的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11的套筒12同樣是錐形的，并且這樣構(gòu)成，使得套筒直徑從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞增。用于待輸送分子的進(jìn)入表面通過(guò)這種措施得以進(jìn)一步擴(kuò)大。
在按圖3和4的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11的外輪廓和定子10具有一個(gè)指向內(nèi)部的拱起。試驗(yàn)和計(jì)算表明，這項(xiàng)措施能夠明顯改進(jìn)氣流，即通過(guò)泵2可以實(shí)現(xiàn)免受干擾的氣流。
尤其合乎目的的是，定子10和轉(zhuǎn)子11的外輪廓具有一種雙曲線(xiàn)的形狀。下面的計(jì)算得出這項(xiàng)措施的結(jié)果按照大大簡(jiǎn)化的方程來(lái)計(jì)算螺紋泵的作用方式，在忽略轉(zhuǎn)差效果(Slip-Effekten)和縫隙回流的情況下可以得出下列關(guān)系式q=zhUacosα2(1+sh)p-zh3ap12ηdpdx]]>其中z通道數(shù)h螺紋深度U圓周速度a通道寬度α螺紋升角s在螺紋接片的上棱邊與定子之間的縫隙p在一個(gè)螺紋分段dx內(nèi)的平均壓力η動(dòng)力學(xué)粘度q氣流第一項(xiàng)描述庫(kù)特(Cuette)流量，第二項(xiàng)描述由壓力梯度產(chǎn)生的通道回流。除通道深度之外的所有幾何參數(shù)可以假設(shè)沿著軸向長(zhǎng)度基本保持不變。除此之外，第一項(xiàng)的分母近似為2，因?yàn)閟/h的比值很小。粘度也近似為一個(gè)與壓力無(wú)關(guān)的數(shù)值。因此可以描述為q=Ahp-Bph3dpdx]]>或者dpdx=ABh2-qBph3]]>這意味著，對(duì)于給定的壓力p和氣流q存在一個(gè)確定的通道深度h，這種情況下壓力梯度最大。這種最優(yōu)的通道深度可以通過(guò)dp/dx對(duì)h求導(dǎo)得出ddh(dpdx)=0=-2A3h3+3qBph4]]>
或者也就是h最優(yōu)(x)＝9q/2ABp(x)因此，在泵中的線(xiàn)性壓力曲線(xiàn)的情況下，在一個(gè)以旋轉(zhuǎn)軸15作為x軸的坐標(biāo)系中得到一個(gè)沿著轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度的雙曲線(xiàn)狀的通道深度曲線(xiàn)，并且是這樣的，使得雙曲線(xiàn)的升角從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。x軸和y軸的位置在圖3中表示。這種特性也通過(guò)借助于CFD軟件的仿真得到證實(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的外輪廓是錐形或完全是圓柱形時(shí)，該軟件顯示轉(zhuǎn)子的泵功率較弱。因?yàn)槿藗冊(cè)谝粋€(gè)最優(yōu)化的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中自動(dòng)地將質(zhì)量的使用以及摩擦面的使用最小化，通過(guò)直接的比較就能得到較高的氣體通過(guò)能力。
在計(jì)算中，首先可以忽略轉(zhuǎn)子套筒12的形狀。它可以是圓柱形的、錐形的或向外拱起的(如圖1至4所示)。從簡(jiǎn)單制造的角度看，優(yōu)選錐形(圖2)。從盡可能無(wú)干擾的氣流的角度看，合乎目的的是一個(gè)向內(nèi)較弱的拱起(同樣合乎目的的是雙曲線(xiàn))。
權(quán)利要求
1.一種抽真空裝置(1)，用于將一個(gè)腔室抽真空至高真空范圍內(nèi)的壓力，該抽真空裝置包括一個(gè)抽吸側(cè)的真空泵(2)和一個(gè)大氣壓力側(cè)的真空泵(3)；抽吸側(cè)的真空泵(2)設(shè)計(jì)為具有一個(gè)轉(zhuǎn)子(11)和一個(gè)定子(10)的機(jī)械動(dòng)力的真空泵；定子(10)有一個(gè)與外部的轉(zhuǎn)子幾何形狀配合的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的內(nèi)表面；機(jī)械動(dòng)力真空泵(2)的轉(zhuǎn)子(11)配備一個(gè)用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)(13)；所述用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)包括其升角和寬度從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減的接片(14)；具有上述特征的抽真空裝置(1)的特征在于，抽吸側(cè)的真空泵(2)的轉(zhuǎn)子(11)外徑和定子(10)內(nèi)徑同樣地從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，一個(gè)套筒(12)是轉(zhuǎn)子(11)的組成部分，該套筒是圓柱形的并且支承著所述接片(14)。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，一個(gè)套筒(12)是轉(zhuǎn)子(11)的組成部分，該套筒支承著所述接片(14)并且基本上這樣地呈錐形構(gòu)成，使得它的直徑從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞增。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，在一個(gè)穿過(guò)抽吸側(cè)的真空泵(2)的縱剖面上描述轉(zhuǎn)子(11)的外徑以及定子(10)的內(nèi)徑的形狀的線(xiàn)條這樣地向內(nèi)拱起呈曲線(xiàn)狀地延伸，使得在一個(gè)由旋轉(zhuǎn)軸(15)構(gòu)成x軸的坐標(biāo)系中，曲線(xiàn)的升角從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。
5.按照權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，在一個(gè)穿過(guò)抽吸側(cè)的真空泵(2)的縱剖面上描述轉(zhuǎn)子套筒(12)的形狀的線(xiàn)條這樣地向外拱起，使得其升角從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述拱起的線(xiàn)條基本上是雙曲線(xiàn)的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抽真空裝置(1)，用于將一個(gè)腔室抽真空至高真空范圍內(nèi)的壓力，該抽真空裝置包括一個(gè)抽吸側(cè)的真空泵(2)和一個(gè)大氣壓力側(cè)的真空泵(3)；抽吸側(cè)的真空泵(2)設(shè)計(jì)為具有一個(gè)轉(zhuǎn)子(11)和一個(gè)定子(10)的機(jī)械動(dòng)力的真空泵；定子(10)有一個(gè)與外部的轉(zhuǎn)子幾何形狀配合的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的內(nèi)表面；機(jī)械動(dòng)力真空泵(2)的轉(zhuǎn)子(11)配備一個(gè)用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)(13)；所述用于輸送氣體的結(jié)構(gòu)包括其升角和寬度從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減的接片(14)；為了改進(jìn)氣體通過(guò)能力建議，抽吸側(cè)的真空泵(2)的轉(zhuǎn)子(11)外徑和定子(10)內(nèi)徑同樣地從抽吸側(cè)至壓力側(cè)遞減。
文檔編號(hào)F04D19/04GK1659383SQ03812962
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月4日
發(fā)明者拉爾夫·阿達(dá)米茨, 羅蘭·布盧門(mén)塔爾, 迪爾克·卡利施 申請(qǐng)人:萊博爾德真空技術(shù)有限責(zé)任公司