带弹性间隔件的真空泵的制作方法

1.本发明涉及真空泵，特别是具有通向公共转子装置的两个气体入口的分流真空泵。


背景技术：

2.已知的复合真空泵通常包括与分子拖曳泵送机构串联连接的涡轮分子泵送机构，分子拖曳泵送机构通常是盖德(gaede)、霍尔威克(holweck)或西格巴恩(siegbahn)泵送机构。这些机构通常由相同的马达驱动。
3.分子泵送机构根据一般原理操作，即，在低压下，撞击快速运动表面的气体分子可以从运动表面获得速度分量。结果，分子倾向于采取与它们撞击的表面相同的运动方向，这促使分子通过泵并在泵排出口附近产生相对较高的压力。
4.真空泵的常规涡轮分子级装置通常包括一组交替的转子和定子。每级有效地包括实心盘，实心盘具有沿径向从其上悬垂(名义上)的多个叶片。叶片围绕圆盘的圆周均匀地间隔开，并且在转子级的旋转方向上与圆盘的平面外的径向线“大约”成角度。当沿从盘上的径向线从侧面观察时，转子和定子叶片可以分别具有正梯度和负梯度。该装置在分子流动条件下具有使分子运动通过泵的效果。
5.分子拖曳泵送机构通常包括转子和定子，定子设置有与转子相对的一个或多个螺旋形或螺旋式通道。分子拖曳泵送机构的类型包括霍尔威克泵送机构和西格巴恩泵送机构，霍尔威克泵送机构包括两个不同直径的同轴圆柱体，圆柱体通过位于外圆柱体的内表面或内圆柱体的外表面上的螺旋螺纹在其之间限定螺旋气体路径，西格巴恩泵送机构包括旋转盘，该旋转盘与盘状定子相对，该盘状定子限定从定子的外周朝定子的中心延伸的螺旋式通道。分子拖曳泵送机构的另一个示例是盖德机构，由此气体围绕布置在径向或轴向平面中的同心通道泵送。在这种情况下，气体通过通道之间的交叉点以及每级相邻入口和出口之间的紧密间隙“汽提器”段传输。西格巴恩和霍尔威克泵送机构不需要交叉点或紧密间隙的“汽提器”段，这是由于它们的入口和出口沿通道长度布设。
6.有许多应用需要将多个腔室抽真空至不同的真空度。例如，在众所周知的类型的质谱仪中，设备的已知为检测器的部分通常必须在10-6
mbar下操作，而已知为分析仪的部分必须在不同的真空度下操作，据说10-3
。附加地且重要地，来自设备的不同部分的气体的通过量通常也会变化。例如，在以上讨论的类型的典型质谱仪中，检测器可能需要60升/秒的容量，并且分析仪可能需要200升/秒的容量。
7.所谓的分流真空泵例如在ep919726a1中是已知的并且设置为具有通向公共转子装置的两个气体入口，因此实质上是将与公共转子串联连接的两个真空泵组合在一个壳体内。这种分流真空泵允许在不同的真空水平和不同的泵送能力下抽真空，使得单个分流真空泵可以用于为相应的质谱仪抽真空。
8.真空泵的制造(并且特别是分流式真空泵，由于其更高的复杂性)需要复杂的部件布置和对准。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供特别是用于分流应用的真空泵的改进制造。该目的由一个(或多个)独立权利要求解决。进一步的实施例由一个(或多个)从属权利要求示出。
10.根据本发明的示例性实施例，提供了一种真空泵，其包括壳体和在壳体内沿轴向方向延伸的可旋转轴。真空泵还包括第一泵送装置，第一泵送装置包括第一定子装置和第一转子装置，其中，第一定子装置与壳体联接，并且第一转子装置与轴联接并且能够通过轴旋转，以便于当第一转子装置相对于第一定子装置旋转时泵送流体。真空泵还包括第二泵送装置，第二泵送装置包括第二定子装置和第二转子装置，其中，第二定子装置与壳体联接，并且第二转子装置与轴联接并且能够通过轴旋转，以便于当第二转子装置相对于第二定子装置旋转时泵送流体。真空泵还包括：第一泵入口，气体能够通过第一泵入口经过第一泵送装置和第二泵送装置；和间隔件，间隔件布置在第一泵送装置和第二泵送装置之间。间隔件联接在第一定子装置和第二定子装置之间，并且配置为沿轴向方向提供限定的弹性，以允许间隔件在轴向方向上弹性变形。
11.在一个实施例中，间隔件设置为轴向弹簧元件。
12.在一个实施例中，间隔件配置为在真空泵中的联接到壳体的所有部件的轴向方向上基本上提供整个弹性。
13.在一个实施例中，间隔件配置为在壳体的邻接第一定子装置的上部和壳体的邻接第二定子装置的下部之间沿轴向方向基本上提供整个弹性。
14.在一个实施例中，间隔件包括上环、下环和弹性结构。上环配置为邻接第一定子装置，下环配置为邻接第二定子装置，并且弹性结构沿轴向方向布置在上环和下环之间并且配置为在轴向上提供限定的弹性。
15.在一个实施例中，弹性结构具有允许间隔件在轴向方向上弹性变形的多个z形元件，每个z形元件具有一端联接到上环的第一腿部、一端联接到下环的第二腿部，以及联接在第一腿部和第二腿部的另一端之间的第三腿部。
16.在一个实施例中，上环的直径小于下环的直径。
17.在一个实施例中，弹性结构具有允许间隔件在轴向方向弹性变形的多个阶梯状元件。
18.在一个实施例中，第一定子装置和第二定子装置联接到优选机械地固定到壳体。
19.在一个实施例中，壳体包括封套和主体，其中，第一定子装置和第二定子装置联接到、优选机械固定到封套，并且主体包括用于旋转轴的驱动单元，其中，间隔件配置为定位第一定子装置和第二定子装置，同时维持封套和主体彼此接触。
20.在一个实施例中，第一泵送装置和第二泵送装置在轴向方向上串联布置。
21.在一个实施例中，第一泵送装置和第二泵送装置中的至少一个是以下之一：包括一个或多个涡轮分子级和分子拖曳级的涡轮分子泵送单元，其中，每个涡轮分子级具有转子和定子，分子拖曳级诸如为盖德泵送机构、霍尔威克泵送机构或西格巴恩泵送机构。
22.在一个实施例中，真空泵设置为分流泵，分流泵包括第二泵入口，气体通过第二泵入口只能够经过第二泵送装置。间隔件靠近第二泵入口布置在第一泵送装置和第二泵送装置之间。
23.本发明的实施例提供了作为定子部分的隔板的新设计，以确保涡轮泵定子的固定
和正确定位，同时维持封套和泵的主体接触(从而改进内部散热)。间隔件还允许引导弹力的轴向位置(例如轴向定位将定子保持在适当位置所需的弹力)，例如到定子叠层的中间部分(在第一和第二泵送装置之间)，允许减少转子和定子之间轴向间隙的可变性。间隔件还允许避免使用通常放置在最高定子和封套之间的其他弹性元件，例如金属弹簧。
24.在一个实施例中，间隔件具有不同直径的上接口环形物和下接口环形物，中间的弹性部分被提供为弹簧，例如弹簧。呈z字形。使用这种设计理念，可以改变轴向“定子堆叠压缩”力的值。设计所需电力所依据的参数可以是例如弹性部分中的开口的形状和/或厚度和/或角形开口。通过正确的计算和必要的预防措施(例如在安装前校准组件的塑化)，可以减少组件力的可变性。
25.此外，这种较新的设计可以采用铝的较低塑化值(相对于钢—弹簧材料的典型选择—值)的优点，给出了更好地“控制”所达到的力值的机会，降低其可变性：为此，可以在组装前将间隔件压缩到先前计算的值，以便使其塑化，因此当其安装时平衡其反作用力。在这种情况下，由于我们提供对部件的变形和塑化，其“自由”高度的公差可以比将其用作“简单”间隔件时更宽松。
26.操作原理可以是非常直观的：在定义所有定子叠片部件的轴向高度和公差的链时，间隔件被设置为始终“压缩”在其上方和下方的部分之间。
附图说明
27.通过参考以下结合一个(或多个)附图对实施例的更详细描述，将易于了解并更好地理解本发明的实施例的其他目的和许多伴随的优点。基本上或功能上相同或相似的特征将由一个(或多个)相同的附图标记表示。附图中的图示是示意性的。
28.图1示出了根据本发明的实施例的分流真空泵10；
29.图2-图3示出了间隔件60的优选实施例。
具体实施方式
30.图1示出了根据本发明的实施例的分流式真空泵10。真空泵10具有壳体20，壳体20包括封套25和主体28。轴30在壳体20内布置并且沿轴向方向(由箭头a指示)延伸。
31.封套25容纳由第一定子装置42和第一转子装置45组成的第一泵送装置40。第一转子装置45与轴30机械附接，而第一定子装置42与壳体20的封套25机械附接。图1的实施例中的第一泵送装置40由七个涡轮分子级47a-47g提供，每级由各自的涡轮分子转子元件(作为第一转子装置45的一部分)和各自的涡轮分子定子元件(作为第一定子装置42的一部分)构成，如本领域中容易已知的，涡轮分子转子元件和涡轮分子定子元件在操作中相对于彼此旋转以使分子运动(在分子流动条件下)通过泵10。
32.第一泵入口48设置在泵10的顶侧(相对于图1中所示的表示)并且最靠近第一泵送装置40的第一涡轮分子级47a。可以设置凸缘49以关闭例如用于运输的第一泵入口48。
33.封套25还容纳由第二定子装置52和第二转子装置55构成的第二泵送装置50。第二转子装置55与轴30机械附接，而第二定子装置52与壳体20的封套25机械附接。图1的实施例中的第二泵送装置50由五个涡轮分子级57a-57e提供，每级由各自的涡轮分子转子元件(作为第二转子装置55的一部分)和各自的涡轮分子定子元件(作为第二定子装置52的一部分)
构成，如本领域中容易已知的，涡轮分子转子元件和涡轮分子定子元件在操作中相对于彼此旋转以使分子运动(在分子流动条件下)通过泵10。
34.第二泵入口58设置在泵10的横向侧(相对于图1中所示的表示)并且最靠近第二泵送装置50的第一涡轮分子级57a。
35.间隔件60设置在第一泵送装置40和第二泵送装置50之间并且靠近第二泵入口58布置。间隔件60将在图2中更详细地示出。
36.主体28可以例如通过一个或多个螺钉机械地附接到封套25，从而在轴向方向a上将主体28和封套25紧密地混合在一起。
37.图1的实施例中的主体28包括联接到轴30并且允许轴30旋转的驱动单元70。第一轴承72和第二轴承74设置用于支承轴30的旋转。很明显，轴承72和74也可以(相对于轴30)设置在其他位置。例如，(上部)第二轴承74可以朝向第一泵入口48设置在更高处(在图1的表示中)。
38.泵10还包括出口80。
39.为了操作，泵10的第一泵入口48可以联接到要被抽真空的第一室(图1中未示出)并且第二泵入口58可以联接到要被抽真空的第二室(图1中未示出)。当对轴30进行旋转时，来自第一室(要被抽真空)的气体将在第一泵入口48处被泵10吸入，经过第一泵送装置40以及第二泵送装置50，并且通过出口80离开。来自第二室(要被抽真空)的气体将在第二泵入口58处被泵10吸入，(仅)通过第二泵送装置50，并且还通过出口80离开。
40.图2a和图2b示出了间隔件60的优选实施例，其中，图2a示出了(剖切)截面图，并且图2b示出了三维视图。间隔件60包括上环200、下环210和弹性结构220。上环200配置为邻接第一定子装置42，并且在图1的实施例中邻接最低的涡轮分子级47g(相对于第一泵入口48)。下环210配置为抵靠第二定子装置52，并且在图1的实施例中邻接上部的涡轮分子级57a(相对于第一泵入口48)。
41.弹性结构220在轴向方向a上布置在上环200和下环210之间并且配置为在轴向方向a上提供限定的弹性。相应地，当封套25和主体28(例如，通过旋拧一个或多个螺钉)彼此机械地收紧时，泵10的定子(由第一定子装置42、第二定子装置52和联接在第一定子装置42和第二定子装置52之间的间隔件60构成)在壳体20内沿轴向方向a被机械固定并且被施加预应力。虽然第一定子装置42和第二定子装置52设置为在轴向方向a上基本不提供电力的机械刚性部件，但是定子60配置为“弹簧状”，即在轴向方向a上具有确定的弹性。换言之，作用在轴向a上的力将导致间隔件60在轴向方向a上的弹性变形。在轴向方向a上的力移除时，间隔件60将基本上恢复其初始形状(在沿轴向方向a施加力之前)。
42.因此，间隔件60提供弹性弹簧元件，允许将第一泵送装置40和第二泵送装置50的定子的整个组件牢固地保持在适当位置(特别是在轴向上)，同时允许主体28和封套25之间的接触的闭合。在没有间隔件60(其可以被认为是弹性“屈服”元件)的限定的弹性的情况下，存在封套25和第二泵送装置50不接触的风险，这可能减少零件之间的热交换。此外，没有间隔件60的限定的弹性，第一泵送装置40和第二泵送装置50的定子部件的轴向定位将更加可变，这可能迫使设计者维持转子和定子之间的更大的轴向空隙，从而衰减涡轮分子泵的性能。
43.在图2的实施例中，弹性结构220由多个阶梯状的裂口架220组成，裂口架当前实施
为z形。图2的实施例显示为具有四个裂口架220a-220d，然而，裂口架的数量可以被认为是允许对间隔件60的所需轴向弹性程度进行调节的设计参数。在图2的示例性实施例中，每个裂口架220包括从下环210沿轴向方向a延伸的第一轴向杆222、从上环200沿轴向方向a延伸的第二轴向杆224、以及桥接在第一轴向杆222和第二轴向杆224之间的水平杆226。换言之，第一轴向杆222的第一端固定到下环210，而第一轴向杆222的第二端通过第一弯曲部227固定到水平杆226的第一端，并且第二轴向杆224的第一端固定到上环220，而第二轴向杆224的第二端通过第二弯曲部228固定到水平杆226的第二端。
44.弹性结构220的z形形状允许上环200和下环210在轴向方向a上彼此弹性地抵压，即，弹性结构220可以在轴向方向a上发生弹性变形。
45.弹性结构220的弹性可以被设计为特别是通过对一个或多个参数进行设计而呈现出限定和/或期望的弹性值：第一轴向杆222、第二轴向杆224、水平部分226、第一弯曲部227和/或第二弯曲部228的材料、宽度、高度和/或厚度，第一弯曲部227和/或第二弯曲部228的半径，裂口架220的数量，第一轴向杆222和下环210之间的倒圆的半径r1，第二轴向杆224和上环200之间的倒圆的半径r2等。
46.图3示出了间隔件60的附加示例性实施例。图3a示出了与图2类似的实施例，但是仅具有三个z形裂口架220a-c。图3b示出了具有五个裂口架220a-220e的实施例，每个裂口架在上环200和下环210之间笔直延伸。图3c示出了与图3b类似的实施例，然而，只有三个裂口架220a-c，每个裂口架实施为中间具有截断处的双裂口架。
47.虽然本发明已经相对于作为分流泵的优选实施例进行了示例性描述，但是很明显，根据本发明的实施例的相应间隔件60也可以应用于仅具有一个泵入口以及两个以上的泵入口的其他类型的真空泵中。在后者中，可以在紧邻一个或多个泵入口处应用相应的间隔件。
48.虽然已经针对具有两个泵送装置(40和50)的优选实施例示例性地描述了本发明，但是很明显，可以应用大于两个泵送装置，例如，其具有在轴向上位于相邻的泵送装置之间的根据本发明的实施例的相应的间隔件60。