CH646229A5

CH646229A5 - Verfahren zur herstellung eines rotors mit mindestens einem schaufelkranz fuer eine turbomolekularpumpe und nach diesem verfahren hergestellter rotor.

Info

Publication number: CH646229A5
Application number: CH434880A
Authority: CH
Inventors: Guenter Schuetz; Edgar Dipl-Ing Usselmann
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-05
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2052317A; JPS56593A; FR2458351A1; GB2052317B; JPS649475B2; FR2458351B1; DE2923632A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit mindestens einem Schaufelkranz für den Rotor einer Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse gedreht werden, dass die Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden. Ausserdem bezieht sich die Erfindung auf einen mit Schaufelkränzen dieser Art ausgerüsteten Rotor.

Die Herstellung von Schaufelkränzen in der genannten Weise ist z.B. aus «Vakuumtechnik», 23. Jahrgang, Heft 4, Seiten 109 ff., bekannt. Einerseits sollen dabei die Schaufeln möglichst dünn sein, damit sie leicht verdreht werden können und damit ihre Stirnflächen möglichst klein sind. Bezogen auf die Schaufelfläche selbst haben nämlich diese Stirnflächen einen darauf senkrecht stehenden «Anstellwinkel». Dies hat zur Folge, dass alle Moleküle, die auf diese Stirnfläche treffen, einen der gewünschten und von der Schaufelfläche selbst bewirkten Förderrichtung entgegengerichteten Impuls erhalten. Dieser unerwünschte Einfluss der Stirnflächen ist um so grösser, je dicker die Schaufeln sind.

Andererseits dürfen in der genannten Weise hergestellte Schaufeln nicht zu dünn sein, damit sie bei den auftretenden hohen Drehzahlen eine ausreichende Festigkeit haben. Darüber hinaus haben durch Sägen und anschliessendes Verdrehen hergestellte Schaufeln eine radial nach aussen zunehmende Breite und damit Masse, was an die Festigkeit zusätzliche Anforderungen stellt. Schliesslich dürfen die der Herstellung der Schaufelkränze dienenden Scheiben auch deshalb nicht zu dünn sein, weil sie z.B. bei einer einseitigen Bearbeitung zu Schwingungen angeregt werden können, die eine zuverlässige Bearbeitung beeinträchtigen.

Bei allen vorbekannten Turbomolekularpumpen, deren Rotoren nach dem eingangs genannten Verfahren hergestellte Schaufelkränze aufweisen, ist zwischen diesen einander widersprechenden Forderungen hinsichtlich der Schaufelstärke ein Kompromiss gewählt worden, der die Pumpeigenschaften der Turbomolekularpumpe massgeblich bestimmt.

Bei einer anderen Gattung von Turbomolekularpumpen erfolgt die Herstellung der Schaufelkränze allein durch die Anbringung von schrägen Schlitzen in den Randbereichen von Rotorscheiben (vgl. z.B. die schweizerische Patentschrift 532199). Ein solches Herstellungsverfahren vermeidet zwar Stirnflächen mit falschem «Anstellwinkel» an den Schaufeln; im übrigen ist es aber wesentlich teurer als das Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Schaufelkranzes für den Rotor einer Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse gedreht werden, dass die Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden, derart zu verbessern, dass die Turbomolekularpumpen, deren Rotoren nach diesem Verfahren hergestellte Schaufelkränze aufweisen, wesentlich bessere Pumpeigenschaften haben als bisher. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die der Herstellung des Schaufelkränzes dienende Scheibe vor dem Sägen der Radialschlitze derart bearbeitet wird, dass sie eine radial nach aussen - kontinuierlich oder stufenförmig - abnehmende Stärke hat. Ein Rotor mit in dieser Weise hergestellten Schaufelkränzen kann mit wesentlich höheren Drehzahlen, d.h. mit wesentlich höheren Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden, da wegen der radial nach aussen abnehmenden Stärke der Schaufeln auch deren Masse nach aussen abnimmt. Dadurch erhält eine mit einem solchen Rotor ausgerüstete Turbomolekularpumpe ein wesentlich besseres Saugvermögen und eine höhere Kompression, besonders für leichte Gase, wie z.B. H2. Gerade in den äusseren Bereichen, in denen die Umfangsgeschwindigkeit besonders hoch ist, ist die Schaufelstärke und damit die störende Stirnfläche klein, was ebenfalls für die Pumpeigenschaften von Vorteil ist. Vorzugsweise hat der Schaufelkranz im Nabenbereich eine um den Faktor 5 bis 15 grössere Stärke als im Randbereich. Als vorteilhaft hat sich bei einem Scheibendurchmesser von ca, 18 cm eine von ca. 5 mm auf ca. 0,5 mm abnehmende Stärke erwiesen.

Ein Rotor für eine Turbomolekularpumpe weist in der Regel mehrere übereinanderliegende Schaufelkränze auf, deren Schaufeln häufig abschnittsweise unterschiedliche Länge und/oder unterschiedliche Anstellwinkel haben, und zwar derart, dass Anstellwinkel und/oder Schaufellänge von der Hochvakuumseite zur Vorvakuumseite hin abnehmen. Ein Rotor mit erfindungsgemäss hergestellten Schaufelkränzen kann deshalb z.B. so hergestellt werden, dass zunächst voneinander unabhängige Scheiben mit den gewünschten Schaufelkränzen hergestellt werden und diese Scheiben anschliessend in der gewünschten Reihenfolge zusammengefügt werden. Besonders vorteilhaft ist es aber, einen solchen Rotor aus dem Vollen herzustellen. Dazu wird ein zylindrischer, z.B. aus Aluminium bestehender Block zunächst mit senkrecht zur Achse liegenden Ausnehmungen versehen, und zwar derart, dass aus den verbliebenen Rippen die Schaufelkränze hergestellt werden können. Dieser Schritt der Herstellung der Ausnehmungen z.B. durch Drehen kann gleichzeitig derart erfolgen, dass die verbliebenen Abschnitte eine radial nach aussen abnehmende Stärke haben. Danach s

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erfolgt in an sich bekannter Weise die Bildung der Schaufeln voneinander möglichst gross ist. Das kann durch breitere durch Sägen und Verdrehen. Sägeblätter für das Sägen der Schlitze 9 erreicht werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen für nach der Erfindung hergestellte Schaufel- s Scheiben bzw. für einen nach der Erfindung hergestellten Rotor erläutert werden.

In Figur 1 ist eine Schaufelscheibe 1 dargestellt, deren Stärke im Randbereich 2 kontinuierlich abnimmt. Die Stärke der Nabe 3 mit der Achse 4 ist so gewählt, dass durch Über- io einanderlegen und gegenseitiges Befestigen solcher Scheiben ein Rotor für eine Turbomolekular-Vakuumpumpe gebildet werden kann.

Die Figur 2 zeigt eine Rotorscheibe, deren Stärke nicht koninuierlich, sondern in drei Stufen 5,6 und 7 radial nach is aussen abnimmt.

In Figur 3 ist ein Teil einer in dieser Weise ausgebildeten Scheibe 1 in Draufsicht dargestellt. Diese Figur zeigt weiterhin einige Radialschlitze 9, die z.B. durch Sägen erzeugt werden können. Die zwischen den Schlitzen 9 verbliebenen 20 Ein nach der Erfindung hergestellter Rotor für eine Turbo-Abschnitte 10 werden um ihre radialen Mittelachsen gedreht molekular-Vakuumpumpe kann - verglichen mit einem und bilden dadurch die gewünschten Schaufeln. Je nach Lage Rotor nach dem Stand der Technik, also mt Schaufeln gleich-der Rotorscheibe in bezug auf die Hochvakuumseite können bleibender Stärke - mit bis zu 40% höheren Drehzahlen Schaufeln mit unterschiedlicher Länge, Anstellwinkel oder betrieben werden. War z.B. ein aus Aluminium bestehender Breite erwünscht sein. Länge und Breite der Schaufeln 25 Rotor nach dem Stand der Technik für 42 000 U/min ausge-

können durch die Länge bzw. Tiefe und den Abstand der legt, dann kann er - falls er nach der Erfindung hergestellt

Schlitze 9 bestimmt werden. Unterschiedliche Anstellwinkel wird - mit ca. 59 000 U/min betrieben werden. Dadurch werden durch unterschiedliches Verdrehen erzeugt. ergeben sich wesentliche Erhöhungen der Kompressions-

Schliesslich kann es insbesondere auf der Hochvakuumseite werte und ein verbessertes Saugvermögen vor allem für eines Rotors erwünscht sein, dass der Abstand der Schaufeln 30 leichte Gase.

Figur 4 zeigt einen aus dem Vollen hergestellten, noch nicht fertigen Rotor 11 nach der Erfindung. Dazu wurde ein zylindrischer Aluminiumblock mit radialen Ausnehmungen 12 versehen, die einen solchen Abstand und eine solche Tiefe haben, dass aus den dazwischen verbliebenen Teile 13 die Schaufeln in der erfindungsgemässen Weise hergestellt werden können. Dazu wird den Teilen 13 entweder direkt bei der Bildung der Ausnehmungen 12 durch Drehen oder nachträglich durch einen besonderen Bearbeitungsschritt mittels Drehmeissein die radial nach aussen abnehmende Stärke gegeben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist wieder eine stufenförmig abnehmende Stärke der Schaufelkränze gewählt worden. Danach erfolgt in der bereits zu den Figuren 2 und 3 beschriebenen Weise das Sägen und Verdrehen der Aussenbereiche der Teile 13, so dass ein einstückiger Rotor 11 entsteht.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit mindestens einem Schaufelkranz für eine Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse verdreht werden, dass die Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die der Herstellung des Schaufelkranzes dienende Scheibe (1,13) vor dem Sägen der Radialschlitze (9) derart bearbeitet wird, dass sie eine radial nach aussen kontinuierlich oder stufenförmig abnehmende Stärke hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (I) mit den Schaufelkränzen zunächst einzeln hergestellt und nachträglich zu einem Rotor zusammengefügt werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor zumindest abschnittweise mit mehreren Schaufelkränzen aus dem Vollen gedreht wird.

4. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellter Rotor für eine Turbomolekular-Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schaufelkränze bildenden Schaufeln eine radial nach aussen kontinuierlich oder stufenförmig abnehmende Stärke haben.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln im Nabenbereich eine um den Faktor 5 bis 15 grössere Stärke aufweisen als im Randbereich.

6. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er einstückig ist.

7. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln unterschiedlicher Schaufelkränze hinsichtlich Abstand, Breite, Länge und Anstellwinkel unterschiedlich sind.