專利名稱：真空泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種真空泵，用于在空間內(nèi)產(chǎn)生真空。
背景技術：
真空泵被用于空間的抽空，在這些空間內(nèi)要進行很大程度上受到尤 其微粒影響的加工。這種加工尤其在半導體生產(chǎn)，氣體沉積加工以及化 學加工中進行。為了避免潤滑物質(zhì)從真空泵侵入到待抽空的空間內(nèi)，需 要使用干式運行泵。
眾所周知，例如，干式運行類型的旋轉(zhuǎn)滑動閥真空泵具有如下缺點 在摩擦組件上、即滑動與泵腔內(nèi)壁之間產(chǎn)生高的相對速度。因為對于允 許的體積流量來說高的相對速度是不可避免的，所以旋轉(zhuǎn)滑動閥真空泵 (旋轉(zhuǎn)滑閥真空泵)的使用壽命相對很短。
干式運行類型的真空泵的另一個變形是螺旋泵。螺旋泵包括一個靜 止部件和一個可軌道運轉(zhuǎn)的部件，上述部件設置有螺旋形輸送裝置，這 些裝置設置成相互接合。然而螺旋泵的制造成本昂貴并且需要經(jīng)常的維 護工作以確保可靠的連續(xù)工作。
干式運行類型的活塞真空泵具有缺點，即生產(chǎn)成本高并且此外，它們 的結構空間4艮大。在這種泵中，不利的是噪音的發(fā)出以及產(chǎn)生振動。
WO03/081048介紹了公知的干式運行真空泵，其包括以偏心方式支 承的推進器。螺旋形密封件設置在圓柱形推進器的螺旋形槽中。在中空 圓柱體的內(nèi)部，曲柄以與圓柱體旋轉(zhuǎn)軸相偏心的方式設置。包括旋轉(zhuǎn)曲 柄和軌道運轉(zhuǎn)推進器的該系統(tǒng)設置在圓柱形的外殼內(nèi)。WO03/081048 中描述的真空泵適用于高輸送能力但是具有復雜的設計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種真空泵，其能夠在干式運行條件下以經(jīng)濟 的方式可靠地運行，尤其是在低抽吸能力的情況下。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的通it^利要求1的特征得以實現(xiàn)。
本發(fā)明的真空泵包括具有圓柱形內(nèi)部空間的外殼。在所述內(nèi)部空間 中，推進器偏心地設置。在推進器和外殼的內(nèi)壁之間，設置有螺旋形密 封件，其用于形成至少一個月牙形輸送空間。推進器和/或外殼直接地 連接到驅(qū)動裝置，其中根據(jù)給定的設計，外殼或者推進器是靜止不動的。 由于所述的偏心，外殼或推進器的簡單旋轉(zhuǎn)運動會影響從待抽空的空間 經(jīng)過真空泵的入口到真空泵的出口的輸送，例如氣體。
在這點上本發(fā)明的實質(zhì)方面在于，推進器以同心的方式支承，即推 進器的軸一一根據(jù)推進器是否被驅(qū)動，形成驅(qū)動軸或者支承軸一一以與 圓柱形推進器同心的方式設置。這樣，推進器不執(zhí)行軌道運轉(zhuǎn)運動而執(zhí) 行旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)本發(fā)明，推進器以同心的方式支承。
根據(jù)本發(fā)明，真空泵構造成干式運行真空泵。本發(fā)明的真空泵具有 特別的優(yōu)點其是簡單結構設計的真空泵，其中僅有外殼或推進器需要 被驅(qū)動。這可以通過將推進器或外殼簡單地連接到電動機上而實現(xiàn)，該 連接可以通過例如帶傳動或者中間傳動，或直接傳動而得以實現(xiàn)。本發(fā) 明的真空泵尤其適于作為低速運行的真空泵，其轉(zhuǎn)數(shù)優(yōu)選小于3001/min 并且最好為2001/min。由于本發(fā)明真空泵的結構和形狀，盡管轉(zhuǎn)數(shù)低， 但仍能獲得良好的輸送流量。
為了能以可靠的方式以及易于維護地操作這種創(chuàng)新的干式運行真 空泵，最好能在螺旋形密封件和滑動表面之間實行一種適當?shù)牟牧吓?對，所述密封件在所述滑動表面上滑動。根據(jù)真空泵的設計，如果密封 件設置在具有外部摩擦密封件的真空泵中，那么該密封件將在外殼的圓 柱形內(nèi)部空間的內(nèi)壁上滑動，其中密封件連接到推進器上從而與其共同 旋轉(zhuǎn)。在具有內(nèi)部摩擦密封件的真空泵中，密封件被連接到外殼上從而 與其共同旋轉(zhuǎn)并且會在圓柱形推進器的外部表面上滑動。在密封件和滑 動表面之間，即外殼內(nèi)壁與推進器外表面之間的尤其優(yōu)選材料配對包括 由PTFE合成物或者PEEK制成的密封件與平滑的、優(yōu)選是陽極氧化鋁 的滑動表面相結合。此外，密封件可由彈簧鋼制成，尤其是涂層彈簧鋼。 涂層最好包括PTFE合成物(具有添加物的PTFE )， PEEK以及PEEK 合成物，PI (聚酰亞胺)以及PI合成物，PPS (聚笨琉醚)以及PPS 合成物或者具有添加物的環(huán)氧樹脂。能抵抗極高機械應力及熱應力的塑 料一般也可應用。對于這種摩擦系統(tǒng)，超過5m/s的相對速度是能夠達 到的。用于滑動表面的適當材料除了陽極氧化之外最好是硬化鋁，灰口 鑄鐵，球狀鑄鐵，退火鑄鐵，以及鋼，尤其是不銹鋼。這些材料最好涂 覆磨損保護層，尤其是CrN或者TiN。為了減少密封件和滑動表面之間 的摩擦，還有利地設置有涂層或者滑動漆。這些可以是陶瓷涂層，以及 TiN, CrN, AICrN以及CrC。
關于上述內(nèi)容，滑動表面的粗糙度Rz優(yōu)選小于5，更優(yōu)選小于2并 且最優(yōu)選小于0.5。
由于推進器和外殼圓柱形內(nèi)部空間之間的偏心，密封件設置在槽中 并且可在槽中徑向地移動。所述槽形成在推進器中或者外殼中。盡管密 封件和槽壁內(nèi)的相對速度明顯地降低，但是在槽的內(nèi)壁上設置涂層仍是 有利的，例如，由此減小摩擦。
槽的寬度和深度選擇為能達到以下目的在真空泵的操作條件下， 一方面需要保證密封件良好的徑向移動，另一方面使密封件和槽之間的 空隙盡可能小以便避免流體泄漏，所述泄漏會減小真空泵的泵送能力。 在這方面，尤其在給定材料選擇的情況下，需要考慮的是，結構部件的 膨脹系數(shù)以及由此它們的熱膨脹會彼此不同。這特別適用于塑料制成的 密封件。
根據(jù)本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施例，冷卻件設置成用于消散密封件 滑動表面所產(chǎn)生的熱量。這能夠顯著地減小磨損，特別是密封件的磨損。 在具有內(nèi)部滑動運動的真空泵類型中，其中密封件設置成在外殼的圓柱
形內(nèi)部空間的內(nèi)壁上滑動，冷卻件最好連接到外殼上，所述冷卻件最好 設置成冷卻肋片的形式。為了保證良好的冷卻效果，可以將空氣流逆著 冷卻肋片導入。這種氣流能根據(jù)溫度而得到控制，因而真空泵在操作的 開始就能夠快速地達到它的操作溫度并且隨后在窄的溫度范圍內(nèi)操作。 這尤其提供了以下優(yōu)點即密封件能夠由具有高的熱膨脹系數(shù)的材料生 產(chǎn)并且因此僅有相對較窄的溫度范圍能保證可靠的密封效果以及良好 的滑動特性'
在具有用于內(nèi)部滑動運動的密封件的真空泵中，如果冷卻推進器則 是特別有利的。出于該目的，可設置例如中空推進器，即在這種情況下，
冷卻肋片設置在中空空間內(nèi)，氣流繞著冷卻肋片流動用于冷卻。
特別優(yōu)選的，外殼或推進器的支承設置在出口側(cè)上。在這種情況下，
支承設置成如下方式即真空泵的低壓側(cè)不存在任何連接。由此，可以 保證，沒有任何潤滑劑從軸承進入到待抽空的空間內(nèi)，所述軸承尤其為 滾柱軸承。推進器的懸臂支承是尤其優(yōu)選的。在中心設置的軸承的優(yōu)選 配置中存在有推進器懸臂支承的進一步改進，這種改進能夠有效地減小 施加到軸承上的傾斜運動。例如，可以將推進器設置成中空圓柱體的形 式并且將用于推進器的驅(qū)動軸設置在中空圓柱體的內(nèi)部，其中驅(qū)動軸連 接到圓柱體上。為了使設置在孔中的驅(qū)動桿能夠以內(nèi)部的方式支承并且 該支承仍然設置在外側(cè)上，驅(qū)動軸可被中空軸所圍繞，如果需要的話， 該中空軸設置在推進器的孔內(nèi)。中空軸是靜止的并且承載著用于支承驅(qū) 動軸的軸承。
螺旋形密封件最好包括多個線圏或線匝。與此相對應，螺旋形槽也 包括多個螺旋線匝。為了保持真空泵的功率輸入盡可能小，同時維持小 的結構空間以保持低的壓縮溫度，最好使用內(nèi)部壓縮。這種被輸送介質(zhì) 的內(nèi)部壓縮可以通過使槽或密封件沿輸送方向的節(jié)距減小而得以實現(xiàn)。 內(nèi)部壓縮和外部壓縮之間的壓縮率最好在1/3到1/10。優(yōu)選地，設置旁 通閥以防止壓縮區(qū)域的過壓縮。
本發(fā)明的真空泵的動力學數(shù)學分析表明相對速度會以其三次方的 程度影響最大可獲得的抽氣速率。所述相對速度是指密封件和滑動件之 間的相對速度。最大可獲得相對速度基本上取決于材料配對，表面質(zhì)量 以及接觸點產(chǎn)生的溫度。
另一方面，當最大相對速度保持恒定時，轉(zhuǎn)數(shù)對于可能的抽氣速率 具有倒數(shù)平方的影響。因此，可獲得一種真空泵，其與已知的真空泵相 比具有特別低的轉(zhuǎn)數(shù)，不超過5001/min或者2001/min。而仍然能達到很 高的抽吸性能。由于真空泵創(chuàng)新的結構設計，可以在低轉(zhuǎn)數(shù)時達到高抽 吸性能。由于所需的低轉(zhuǎn)數(shù)，真空泵可以設計成干式運行真空泵。較高 轉(zhuǎn)數(shù)會在接觸點產(chǎn)生最大相對速度，這會導致更快的磨損效果。因此， 使用本發(fā)明的干式運行真空泵，能獲得大約0.1m3/h-30m3/h的抽吸性 能。此外，真空泵的簡單配置實現(xiàn)了低廉的構造。由于結構部件的數(shù)目 少，維護變得非常方便。此外，能保證長的使用壽命，尤其歸功于低轉(zhuǎn)數(shù)。另外，對動平衡質(zhì)量的要求是低的。另一個優(yōu)點在于僅僅產(chǎn)生極輕 微的震動和低噪音。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，密封件以徑向偏壓的方式安裝。這會獲 得良好的密封效果。此外，這種設置能帶來熱膨脹的平衡以及允許方便 的更換。徑向偏壓能夠通過例如槽底部的彈性材料而產(chǎn)生。此外，密封 件可以通過設置彈簧從而切向地拉緊。


在下面通過優(yōu)選實施例以及參考附圖詳細地介紹本發(fā)明。
圖1為真空泵的第一優(yōu)選實施例的示意性側(cè)視圖； 圖2為真空泵的第二優(yōu)選實施例的示意性側(cè)視圖； 圖3為設有電動機驅(qū)動裝置的真空泵的示意性立體圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例(圖1)，真空泵包括靜止的外殼10。 外殼10由進口蓋12和出口蓋14封閉。進口蓋12包括連接到待抽空的 空間的進口 16。出口蓋14設置有連接18，用于將從待抽空的空間中抽 出的氣體排出。這樣，氣體能從待抽空的空間沿著箭頭20的方向經(jīng)由 進口 16移動到外殼10的圓柱形內(nèi)部空間22內(nèi)，并且沿著箭頭24的方 向經(jīng)由設置在出口蓋14內(nèi)的所述出口連接18離開所述內(nèi)部空間。
所述圓柱形空間22的內(nèi)部定位有圓柱形推進器26。推進器26以與 軸28同心的方式設置。這樣，推進器的中心軸線30對應軸28的中心 軸線。軸28以偏心的方式設置在圓柱形內(nèi)部空間22內(nèi)。因此，內(nèi)部空 間22的中心軸線32分別地相對于推進器26和軸28的中心軸線30具 有偏心距e。在所示實施例中，軸28被引導穿過蓋50，該蓋50緊固到 進口蓋12上。
推進器26設置有螺旋形密封件34。密封件34設置在對應的螺旋形 槽36中。密封件34連接到推進器26上，用于與其共同旋轉(zhuǎn)以及相對 其進行徑向移動。通過旋轉(zhuǎn)推進器26，密封件34會相對于外殼10的內(nèi)
壁38旋轉(zhuǎn)。同時，推進器26會徑向地移動，導致氣體沿箭頭20， 24 的方向輸送。氣體的輸送以如下方式實現(xiàn)，即通過在密封件34的相鄰 螺旋通路之間形成的月牙形輸送空間將介質(zhì)朝著圖1中右手側(cè)輸送。密 封件34的相鄰螺旋通路間的距離朝輸送方向減少，以至于介質(zhì)會被壓 縮。
在圖l所示的示例性實施例中，內(nèi)部空間22的內(nèi)壁38與密封件34 的外表面40之間發(fā)生相對運動。該運動導致外殼10和密封件34都發(fā) 熱。由此，在該實施例中外殼10具有良好的熱傳導性并且在其外側(cè)設 置有冷卻肋片42是必要的。此外，為了增強冷卻效果，能朝著冷卻肋 片42導入空氣流。
連接到推進器26的軸28被連接到驅(qū)動裝置44 (圖3 )，該驅(qū)動裝 置最好是電動機。在所示示意性實施例中，軸的支承最好由軸承46、 48 來提供，所述軸承最好為滾柱軸承并分別設置在進口蓋12和出口蓋14 中。所述軸承46、 48由蓋50保持并且最好為滾柱軸承，并且進一步被 涂脂及密封或設置有罩。特別在出口側(cè)，有利地在進口蓋12和軸28之 間設置有具有良好密封特性的密封件52，從而避免待抽空的空間與周圍 環(huán)境之間的氣體交換。如果待抽空的空間是半導體加工或類似加工的空 間，這種情況是尤為不利的。接觸式軸密封可以是干式運行或者潤滑型。 在小壓力差的情況下，也可使用間隙密封。同樣進口側(cè)軸承48能夠通 過接觸式軸密封而與泵腔內(nèi)的加工介質(zhì)分離。
此外，可以將密封件34設置在形成于外殼10內(nèi)的槽中；在這種情 況下，產(chǎn)生的相對速度將會在密封件和推進器26的外側(cè)之間出現(xiàn)。由 這種設置所導致的熱量的散逸將會變得困難。為了熱量散逸，需要使用 例如中空的推進器。
作為另一個選擇，可以提供靜止的推進器和旋轉(zhuǎn)的外殼。在這種情 況下，外殼中的孔將設置成與外殼旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸相偏心。
在另一個優(yōu)選的實施例(圖2)方面，與圖1中類似或相同的部件 采用同一附圖標記。
外殼IO配置成與圖l所示實施例相對應并且由外殼蓋12、14封閉。外殼IO還包括圓柱形開口，其容納推進器54。在與圖l所示相同的方 式下，推進器54具有圓柱形外部輪廓，其中槽36內(nèi)設置有螺旋形密封 件，以使得第二實施例(圖2)的功能與圖1實施例的功能相對應。
為了避免推進器54的軸承與待抽空的空間和進口開口 16之間分別 發(fā)生聯(lián)系，所示實施例中的軸承設置在推進器54內(nèi)。出于該目的，推 進器54形成有圓柱形開口 60,該開口 60連接到具有更小直徑的圓柱形 開口 62上。圓柱形開口 60、 62設置成相對于推進器54旋轉(zhuǎn)對稱并且 由此定位在推進器54的中心軸線上。與開口 62相對并同心地設置有圓 柱形開口 64，所述開口 62、 64經(jīng)由另一個同心的開口彼此連接。
形成有多個階梯的驅(qū)動軸66設置在圓柱形開口 60、 62內(nèi)并且包括 延伸進入到開口 64內(nèi)的螺玟銷68。為了將軸66連接到推進器54從而 與其共同旋轉(zhuǎn)，螺故銷68通過螺母70固定到適當?shù)奈恢?，并且還設置 有調(diào)整彈簧72。在推進器54的圓柱形的中空空間60內(nèi)，軸承56、 58 設置在軸66的外側(cè)上。此外，圓柱形開口 60中設置有承栽軸承56、 58 的中空軸74。中空軸74連接到蓋14上用于與其共同旋轉(zhuǎn)。為了位置精 確度，軸承56通過彈簧76偏壓。軸承58通過蓋78保持。
由于軸承分別地設置在中心并且在出口側(cè)上，所以在待抽空的空間 內(nèi)不存在任何連接，由此減少了因存在負壓而引起的潤滑劑從軸承中吸 出并且侵入待抽空的空間的可能性。
除了圖1-2所示的用于推進器26、 54的支承外，推進器還可以通過 外殼外部懸臂的方式支承。
圖1所示的雙邊支承在雙流系統(tǒng)中尤為有利。在雙邊流向真空泵中， 抽吸入口通過中心設置的抽吸噴嘴來實現(xiàn)，隨后，使用適當配置的推進 器，氣體會在朝著側(cè)面的兩個方向上輸送并且側(cè)面地從兩個出口開口排 出。這種類型的推進器包括兩個密封件，其還具有螺旋形狀并且分別地 將介質(zhì)從中心開口噴嘴傳送到外面。在具有雙邊支承的雙流系統(tǒng)中，軸 承分別地設置在出口側(cè)上，這樣避免了在這種情況下軸承的潤滑劑侵入 到待抽空的空間。
根據(jù)軸承的設置，軸承通過軸軸承或其它密封件而朝著輸送空間密
封。
圖3的立體圖顯示了完全裝配的真空泵，其包括形成為電動機的驅(qū) 動件44。附圖清楚地顯示了外殼IO設置有沿圓周分布、基本上沿徑向 設置的冷卻肋片42。還顯示了進口 16和出口 18。緊固到推進器26上 的軸28經(jīng)由帶傳動82連接到電動機44上。
該兩個部件設置在基板80上。圖3所示的設置是極為緊湊的并且 由此是節(jié)省空間的設置。
考慮到本發(fā)明真空泵的各種可能實施例的動力學，需要指出的是， 旋轉(zhuǎn)軸最好是具有槽的部件的軸。孔和推進器在截面上總是圓形。圓柱 形推進器的中心軸線對應軸的中心軸線，特別是推進器的旋轉(zhuǎn)軸。優(yōu)選 地，在各種實施例中，槽的底部總是與包括槽的部件同中心。
通過沿輸送方向降低槽的節(jié)距，也能獲得密封效果。此外，兩級階 梯式的真空泵構造也是可行的。
權利要求
1.一種真空泵，用于在空間內(nèi)產(chǎn)生真空，包括外殼(10)，其具有圓柱形的內(nèi)部空間(22)，推進器(26、54)，其偏心地設置在所述內(nèi)部空間(22)內(nèi)，螺旋形密封件(34)，其設置在所述推進器(26、54)和所述外殼的內(nèi)壁(38)之間，用于形成至少一個月牙形的輸送空間，以及驅(qū)動裝置(44)，其連接到所述外殼(10)或者所述推進器(26、54)，用于在外殼(10)和推進器(26)之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動，所述真空泵構造成干式運行真空泵。
2. 如權利要求l所述的真空泵，其特征在于，所述推進器(26、 54) 被同心地支承。
3. 如權利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，干式運行操作通 過密封件(34)和具有良好滑動特性的滑動表面(38)之間的合適的材 料配對來實現(xiàn)，尤其是通過使用PTFE和/或PEEK和/或平滑的陽極氧 化鋁的材料配對來實現(xiàn)。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的真空泵，其特征在于，內(nèi)部空 間的內(nèi)壁(38)的粗糙度Rz為0.1到5，優(yōu)選為0.5到2。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的真空泵，其特征在于，密封件 (34)被保持在槽(36)中，用于在槽中的徑向移動，所述槽(36)設置在外殼(10)中或者推進器(26)中。
6. 如權利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述槽(36)被涂覆。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的真空泵，其特征在于，具有冷 卻件(42),其連接到外殼(10),用于冷卻外殼內(nèi)壁(38)。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的真空泵，其特征在于，所述冷 卻件包括設置在外殼(10)的外側(cè)上的冷卻肋片(42)。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的真空泵，其特征在于，軸承(56、 58)設置成用于可旋轉(zhuǎn)地支承外殼(10)或者推進器(54)。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的真空泵，其特征在于，推進 器(54)以懸臂的方式支承。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的真空泵，其特征在于，推進 器(54)設置有內(nèi)軸承(56、 58)。
12. 如權利要求11所述的真空泵，其特征在于，推進器包括中空空 間(60)，在所述中空空間(60)中設置有連接到推進器(54)的驅(qū)動 軸(66 )。
13. 如權利要求12所述的真空泵，其特征在于，所述中空空間(60 ) 內(nèi)設置有中空軸(74)，所述軸(74)圍繞驅(qū)動軸(66)并且用來容納 軸承。
14. 如權利要求1至13中任一項所述的真空泵，其特征在于，外殼 (10)或推進器(26、 54)的轉(zhuǎn)數(shù)限定為5001/min，優(yōu)選為2001/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空泵，其用于在待抽真空的空間內(nèi)產(chǎn)生真空，所述真空泵包括具有圓柱形的內(nèi)部空間(22)的外殼(10)。推進器(26)偏心地設置在內(nèi)部空間(22)內(nèi)。螺旋形密封件(34)設置在推進器(26)和外殼(10)的內(nèi)壁(38)之間，用于形成至少一個月牙形輸送空間。外殼(10)或者推進器(26)連接到驅(qū)動裝置(44)上用于在外殼(10)和推進器(26)之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)本發(fā)明，所述真空泵構造成干式運行真空泵。
文檔編號F04C18/107GK101371044SQ200780002309
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權日2006年1月13日
發(fā)明者托馬斯·德賴費特, 漢斯-羅胡斯·格羅斯 申請人:厄利孔萊博爾德真空技術有限責任公司