DE10046506A1 - Turbo-molecular vacuum pump has part of blades thickened in region of pressure side edge - Google Patents

Turbo-molecular vacuum pump has part of blades thickened in region of pressure side edge

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Abstract

The pump comprises rows of rotor blades (3) and rows of stator blades (4) which engage alternately in each other with changing blade angle alpha. At least one part of the blades (1 or 2) of the blade rows (3 or 4) arranged on the pressure side are thickened in the region of the pressure side edge. The surfaces (11,12) of the thickened blades (1,2) forming respectively the pressure side edge, lie in a plane, vertical to the axis (9) of rotation of the rotor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularvaku­ umpumpe mit Rotorschaufelreihen und Statorschaufelrei­ hen, die mit wechselnden Anstellwinkeln alternierend ineinander greifen.The invention relates to a turbomolecular vacuum transfer pump with rows of rotor blades and rows of stator blades hen, alternating with changing angles of attack mesh.

Das Saugvermögen im Förderraum einer Turbomolekularva­ kuumpumpe wird durch die Wechselwirkung der rotierenden Rotorschaufeln mit den stehenden Statorschaufeln er­ zeugt. Üblicherweise werden die Anstellwinkel der Schaufeln von der Saugseite zur Druckseite hin flacher, und die Schaufelteilung wird in dieser Richtung klei­ ner.The pumping speed in the delivery chamber of a turbomolecularva The pump is rotating due to the interaction Rotor blades with the standing stator blades testifies. Usually the angle of attack Blades flatter from the suction side to the pressure side, and the blade division becomes small in this direction ner.

Das effektive Saugvermögen Seff einer Turbomolekularva­ kuumpumpe ist gegeben durch
The effective pumping speed S eff of a turbomolecular vacuum pump is given by

Seff = Stheo - SRück S eff = S theo - S Rück

Das effektive Saugvermögen Seff ist also gleich dem theoretischen Saugvermögen Stheo, vermindert um Rück­ strömungen, die aufgrund der vorhandenen Spalte unver­ meidbar sind (Spaltverluste). Die Rückströmungen werden zu höheren Drücken hin immer größer. Dieses gilt insbe­ sondere für leichte Gase. Die Rückströmwahrscheinlich­ keit der geförderten Gase nimmt mit zunehmender Masse ab.The effective pumping speed S eff is therefore equal to the theoretical pumping speed S theo , reduced by backflows that are unavoidable due to the existing gaps (gap losses). The backflows are getting bigger towards higher pressures. This applies in particular to light gases. The backflow probability of the extracted gases decreases with increasing mass.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpeigenschaften einer Turbomolekularvakuumpumpe der eingangs genannten Art zu verbessern.The present invention is based on the object the pumping properties of a turbomolecular vacuum pump to improve the type mentioned.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil der Schaufeln von druckseitig ange­ ordneten Schaufelreihen im Bereich ihres druckseitigen Randes so gestaltet sind, dass längere Überdeckungsab­ schnitte zu den folgenden Rotor(Stator)-Schaufeln ent­ stehen, somit eine höhere Dichtigkeit gegen Rückströ­ mung gegeben ist. Das resultiert zu einer Verdickung der Schaufeln zur Kompressionsseite hin. Diese Ver­ dickungen müssen so ausgebildet sein, dass einerseits die druckseitig verdickten Ränder der Schaufeln Rück­ strömungen signifikant reduzieren und andererseits der Förderquerschnitt eine nur geringe und verträgliche Einschnürung erfährt. Dieses gilt für Rotor- und Sta­ torschaufeln.According to the invention, this object is achieved in that at least part of the blades from the pressure side arranged rows of blades in the area of their pressure side Edge are designed so that longer coverage cuts to the following rotor (stator) blades stand, thus a higher tightness against reverse flows mung is given. This results in a thickening of the blades towards the compression side. This ver Thickenings must be designed so that, on the one hand the edges of the blades thickened on the pressure side significantly reduce flows and on the other hand the Funding cross-section is only a small and tolerable Experience constriction. This applies to rotor and sta torschaufeln.

Besonders wirksam in Bezug auf die Verhinderung von Rückströmungen sind die druckseitigen Ränder der ver­ dickten Schaufeln dann, wenn diese in einer zur Dreh­ achse der Rotorschaufeln senkrechten Ebene liegen. Da­ bei sollen die Verdickungen den Förderquerschnitt der Turbomolekularvakuumpumpe um nicht mehr als 10% ein­ engen. (Dem Kompressionsvermögen einer Stufe entspre­ chend).Particularly effective in preventing Reverse flows are the pressure-side edges of the ver thickened blades when they were to rotate in one axis of the rotor blades lie on the vertical plane. because  at the thickening should convey the cross section of the Turbomolecular vacuum pump by no more than 10% tight. (Correspond to the compressive capacity of a stage accordingly).

Damit die Verdickungen die Fördereigenschaften der Tur­ bomolekularvakuumpumpe nicht allzusehr beeinträchtigen, ist es zweckmäßig, dass die Verdickungen im Querschnitt durch die Schaufeln konisch zur Druckseite zunehmen.So that the thickened the conveying properties of the door not adversely affect the bomolecular vacuum pump, it is appropriate that the thickening in cross section through the blades increase conically to the pressure side.

Vorzugsweise beginnen die in Richtung Druckseite zuneh­ menden Verdickungen erst in der druckseitigen Hälfte der Breite der Schaufeln.Preferably, they begin to increase towards the pressure side thickening only in the pressure side half the width of the blades.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 3 erläutert werden. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 Schnitte durch einige Schaufeln einer Ro­ tor- und einer Statorschaufelreihe (abge­ wickelt dargestellt) sowie Fig. 1 cuts through some blades of a ro tor and a stator blade row (shown unwrapped) and

Fig. 2 und 3 erfindungsgemäß ausgebildete Pump­ flächen einer Füllstufe. Fig. 2 and 3 according to the invention formed the pump surfaces of a filling stage.

Die Fig. 1 zeigt Schnitte durch Schaufeln 1, 2 einer Rotorschaufelreihe 3 und einer Statorschaufelreihe 4. Der Anstellwinkel α der z. B. dargestellten Schaufeln beträgt etwa 30°. Die Richtung der Rotorbewegung, die Förderrichtung und die Rückströmrichtung sind generell durch die Pfeile 5, 6, 7 gekennzeichnet. Die Pfeile 8 lassen die Existenz der Förderkanäle erkennen, die von den Schaufeln 1, 2 sowie von den Wandungen von Stator und Rotor gebildet werden. Die Rotorachse ist mit 9 be­ zeichnet. Fig. 1 shows sections of blades 1, 2 a rotor blade row 3 and a stator blade. 4 The angle of attack α z. B. blades shown is about 30 °. The direction of the rotor movement, the conveying direction and the backflow direction are generally indicated by the arrows 5 , 6 , 7 . The arrows 8 show the existence of the delivery channels, which are formed by the blades 1 , 2 and by the walls of the stator and rotor. The rotor axis is marked with 9 be.

Die druckseitigen Ränder der Schaufeln 1 und 2 sind druckseitig verdickt (Verdickungen 10). Dadurch, dass die Randflächen 11, 12 in einer zur Rotorachse 9 senk­ rechten Ebene liegen, ergeben sich relativ große Flä­ chenabschnitte 11, 12, die zurückströmenden Gasmolekü­ len (Pfeil 7) entgegenstehen.The pressure-side edges of the blades 1 and 2 are thickened on the pressure side (thickenings 10 ). The fact that the edge surfaces 11 , 12 lie in a plane perpendicular to the rotor axis 9 results in relatively large surface sections 11 , 12 which oppose the back-flowing gas molecules (arrow 7 ).

Fig. 1 lässt zwei der vielen Varianten der Ausbildung der Verdickungen 10 erkennen. Bei den Rotorschaufeln 1 beginnt in der unteren Hälfte der Schaufeln eine Zu­ nahme der Dicke d (konisch). Sie nimmt linear in För­ derrichtung zu. Bei den Statorschaufeln 2 ist die Zu­ nahme der Dicke d nicht linear; die Änderung der Dicke nimmt ebenfalls zu. FIG. 1 leaves two of the many variants of the design of the enlargements 10 recognize. In the rotor blades 1 begins to increase in the thickness d (conical) in the lower half of the blades. It increases linearly in the direction of funding. In the case of the stator blades 2 , the thickness d is not linear; the change in thickness also increases.

Die Verdickungen sind im wesentlichen einseitig ausge­ bildet, da eine solche Ausführung durch Fräsen in ein­ facher Weise herstellbar ist. Die vorlaufende Begren­ zungslinie der im Querschnitt dargestellten Rotorschau­ feln 1 besteht aus zwei geraden Linienabschnitten 1', 1", die zwischen sich den Änderungspunkt 14 ein­ schließen. Bei den Statorschaufeln 2 wird die in Bezug auf die Rotorbewegung rückseitige Begrenzungslinie von einem geraden Abschnitt 2' und z. B. einer Kurve 2" ge­ bildet.The thickenings are essentially one-sided, since such an embodiment can be produced in a simple manner by milling. The leading boundary line of the rotor blades 1 shown in cross section consists of two straight line sections 1 ', 1 ", which include the change point 14 between them. In the case of the stator blades 2 , the rear boundary line with respect to the rotor movement is separated by a straight section 2 ' and, for example, forms a curve 2 ".

Um die Fördereigenschaften der Förderkanäle (Pfeile 8) im wesentlichen zu erhalten, sollen die Verdickungen nur in den druckseitigen Hälften der Schaufeln 1, 2 ausgebildet sein. Der Winkel β, den die Begrenzungsli­ nien 1" und 2" im Änderungspunkt 14 mit einer Verbin­ dungslinie 15, die den Änderungspunkt 14 mit dem unte­ ren Ende der ihm jeweils gegenüberliegenden Schaufel verbindet, bildet, soll vorzugsweise größer als 90° sein. Durch diese Maßnahme soll sichergestellt werden, dass der Förderquerschnitt, gegeben durch den Abstand a der Schaufeln (auf zwei benachbarten Schaufeln senk­ recht stehender Linienabschnitt), durch die Verdickun­ gen 10 nicht eingeschränkt wird.In order to substantially maintain the conveying properties of the conveying channels (arrows 8 ), the thickenings should only be formed in the pressure-side halves of the blades 1 , 2 . The angle β, the limitation lines 1 "and 2 " in the change point 14 with a connec tion line 15 , which connects the change point 14 with the lower end of the respective opposite blade, should preferably be greater than 90 °. This measure is intended to ensure that the conveying cross section, given by the spacing a of the blades (vertical line section standing vertically on two adjacent blades), is not restricted by the conditions 10 .

Aus der WO 99/15793 ist es bekannt, zwischen einer Tur­ bomolekularpumpenstufe und einer Molekularpumpenstufe eine Füllstufe vorzusehen, die als Zentrifugalstufe ausgebildet ist und sich im wesentlichen radial nach außen erstreckende Stege umfasst. Erfindungsgemäß ver­ änderte Füllstufen dieser Art sind in den Fig. 2, 3 in Draufsicht dargestellt.From WO 99/15793 it is known to provide a filling stage between a turbomolecular pump stage and a molecular pump stage which is designed as a centrifugal stage and comprises webs which extend essentially radially outwards. According to the invention changed filling levels of this type are shown in Figs. 2, 3 in plan view.

In den Figuren sind die Füllstufe mit 21, der ringför­ mige Förderkanal der Molekularpumpe mit 22, die erfin­ dungsgemäß veränderten Stege mit 23 und die dadurch ge­ bildeten, peripher offenen Taschen mit 24 bezeichnet. Bei der Füllstufe 21 nach Fig. 2 erstrecken sich die keilförmigen Stege 23 radial, während sie bei der Füll­ stufe nach Fig. 3 in Bezug auf die Drehrichtung (Pfeil 5) nach hinten geneigt sind.In the figures, the filling stage with 21 , the ring-shaped delivery channel of the molecular pump with 22 , the webs according to the invention modified with 23 and the thereby formed, peripherally open pockets with 24 . In the filling stage 21 according to FIG. 2, the wedge-shaped webs 23 extend radially, while in the filling stage according to FIG. 3 they are inclined backwards in relation to the direction of rotation (arrow 5 ).

Dadurch, dass die Breite der Stege 23 von außen nach innen zunimmt, nimmt die Breite der peripher offenen Taschen 24 nach innen ab, entsprechend der geförderten Gasvolumen-Verteilung. Dadurch nehmen sowohl die Rand­ flächen der Stege 23, die zurückströmenden Molekülen entgegenstehen, als auch die axialen Dichtflächen zu. Die beschriebenen Maßnahmen bewirken sämtlich eine Er­ höhung der Kompression und des Saugvermögens einer Tur­ bomolekularvakuumpumpe, sei es mit über eine Füllstufe 21 vorgeschalteter Molekularpumpenstufe oder ohne. Die­ ses gilt insbesondere für leichte Gase. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen pumpwirksamen Flächen kann z. B. einfach durch Fräsen erfolgen. Besonders wirksam sind die beschriebenen Maßnahmen, wenn sie in Kompressions- Bereichen mit relativ kleinen Anstellwinkeln α (α < 30°) verwirklicht werden.Because the width of the webs 23 increases from the outside inwards, the width of the peripherally open pockets 24 decreases inwards, in accordance with the gas volume distribution promoted. As a result, both the edge surfaces of the webs 23 , which oppose molecules flowing back, and the axial sealing surfaces increase. The measures described all bring about an increase in the compression and the pumping speed of a tur bomolecular vacuum pump, be it with a filling stage 21 upstream or without a molecular pump stage. This applies particularly to light gases. The formation of the pump-effective surfaces according to the invention can, for. B. simply done by milling. The measures described are particularly effective if they are implemented in compression areas with relatively small angles of attack α (α <30 °).

Claims (8)

1. Turbomolekularvakuumpumpe mit Rotorschaufelreihen (3) und Statorschaufelreihen (4), die mit wech­ selnden Anstellwinkeln (α) alternierend ineinander greifen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schaufeln (1 oder 2) von druckseitig angeordneten Schaufelreihen (3 oder 4) im Bereich ihres druckseitigen Randes verdickt sind.1. Turbomolecular vacuum pump with rotor blade rows ( 3 ) and stator blade rows ( 4 ), which interlock with one another with alternating angles of attack (α), characterized in that at least some of the blades ( 1 or 2 ) of blade rows ( 3 or 4 ) arranged on the pressure side in Area of their pressure side edge are thickened. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils den druckseitigen Rand bildenden Flächen (11, 12) der verdickten Schaufeln (1, 2) in einer zur Drehachse (9) des Rotors senkrechten Ebene liegen.2. Pump according to claim 1, characterized in that the surfaces ( 11 , 12 ) of the thickened blades ( 1 , 2 ) forming the pressure-side edge each lie in a plane perpendicular to the axis of rotation ( 9 ) of the rotor. 3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verdickungen (10) im Querschnitt durch die Schaufeln (1, 2) konisch zur Druckseite zunehmend ausgebildet sind. 3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the thickenings ( 10 ) in cross section through the blades ( 1 , 2 ) are increasingly conical to the pressure side. 4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung Druckseite zunehmenden Ver­ dickungen (10) in der druckseitigen Hälfte der Breite der Schaufeln (1, 2) beginnen.4. Pump according to claim 3, characterized in that the increasing in the direction of pressure side Ver thickenings ( 10 ) in the pressure side half of the width of the blades ( 1 , 2 ) begin. 5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verdickungen (10) auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite der Schaufeln (1, 2) vor­ gesehen sind.5. Pump according to claim 3 or 4, characterized in that the thickenings ( 10 ) on both sides or only on one side of the blades ( 1 , 2 ) are seen before. 6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (10) mit einem Änderungspunkt (14) beginnt und dass der Winkel (β), den der druckseitige Abschnitt (1", 2") der Begrenzungsli­ nien (1', 1"; 2', 2") der Schaufeln (1, 2) mit einer Verbindungslinie (15) bildet, die den Änderungs­ punkt (14) mit dem unteren Rand der jeweils gegen­ überliegenden Schaufel bildet, größer 90° ist.6. Pump according to claim 5, characterized in that the thickening ( 10 ) begins with a change point ( 14 ) and that the angle (β) that the pressure-side section ( 1 ", 2 ") of the limitation lines ( 1 ', 1 "; 2 ', 2 ") of the blades ( 1 , 2 ) with a connecting line ( 15 ), which forms the change point ( 14 ) with the lower edge of the opposite blade, is greater than 90 °. 7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass sie mit einer Füllstufe (21) ausgerüstet ist, die als Radialstufe ausge­ bildet ist.7. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that it is equipped with a filling stage ( 21 ) which forms out as a radial stage. 8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialstufe sich nach außen erstreckende Stege (23) umfasst, deren Breite nach außen ab­ nimmt.8. Pump according to claim 7, characterized in that the radial step comprises outwardly extending webs ( 23 ), the width of which decreases from the outside.
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