DE10124339B4

DE10124339B4 - Rotorscheiben mit Schaufeln für eine Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE10124339B4
Application number: DE10124339.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Fahrenbach
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: DE10124339A1

Abstract

Rotorscheibe (8) mit Schaufeln (10) für eine Turbomolekularpumpe, welche mit einer Ansaugöffnung (2) und einer Gasaustrittsöffnung (3) versehen ist, wobei die Schaufeln (10) auf einem inneren Tragring (11) angeordnet sind und schräg zur Scheibenebene stehen, wobei die in Umfangsrichtung gemessene Dicke d der Schaufeln (10) innerhalb einer Rotorscheibe (8) von der Ansaugöffnung (2) zur Gasaustrittsöffnung (3) hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (10) jeweils eine der Ansaugöffnung (2) zugewandte ebene Stirnfläche aufweisen, welche die minimale Dicke d der Schaufel (10) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorscheibe mit Schaufeln für eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches.
Die pumpaktiven Bauteile einer Turbomolekularpumpe bestehen aus Rotor- und Statorscheiben, die abwechselnd hintereinander angeordnet sind und Schaufelkränze aufweisen. Die Pumpwirkung beruht darauf, dass durch die Schaufeln der Rotorscheiben Impulse in Pumprichtung auf die Moleküle des zu pumpenden Gases übertragen werden. Die beiden wesentlichen Pumpeigenschaften, nämlich Saugvermögen und Druckverhältnis, hängen stark von der Drehzahl der Rotorscheiben ab. Das Saugvermögen steigt linear mit der Drehzahl an und das Druckverhältnis sogar exponentiell. Um eine optimale Pumpwirkung zu erreichen, müssen daher die Rotorscheiben mit möglichst hoher Drehzahl umlaufen. Dadurch werden hohe Anforderungen an die Schaufeln der Rotorscheiben betreffend ihre Geometrie, mechanische Festigkeit und Stabilität gestellt.
Zu den kritischen Größen gehört in diesem Zusammenhang die Dicke der Schaufeln. Eine geringe Schaufeldicke wird angestrebt, um den Schöpfraum, der sich zwischen den Schaufeln befindet, möglichst groß zu machen, was eine der Voraussetzungen für ein hohes Saugvermögen ist. Die geringe Schaufeldicke wirkt sich aber nachteilig auf die Stabilität der Schaufeln aus. Liegen deren Eigenfrequenzen zu niedrig, können insbesondere bei magnetgelagerten Rotoren Resonanzen angeregt werden, die einen stabilen und sicheren Betrieb der Pumpe verhindern. Die niedrigsten und damit kritischsten Resonanzfrequenzen treten auf Grund der Schaufelgeometrie an den Hochvakuumstufen auf. Deren Schaufeln verformen sich außerdem am stärksten durch Einwirkung von Kräften, die bei Flutvorgängen auftreten. Es kann zum Kontakt mit benachbarten Statorbauteilen kommen, was zur Beschädigung und oft sogar zur Zerstörung der Pumpe führt.
In der DE 27 17 366 A1 wird ein Laufrad für eine Turbomolekularpumpe beschrieben, bei dem die Schaufeldicke in radialer Richtung von innen nach außen hin abnimmt. Diese Lösung geht in die Richtung, eine optimale Stabilität der Schaufeln zu erreichen und die Pumpeigenschaften zu verbessern. Zur weiteren Stabilisierung der Schaufeln könnte die gesamte Schaufeldicke erhöht werden. Dadurch wird auch die Stirnfläche der Schaufeln vergrößert, was zu einer Reduzierung des Saugvermögens führt, da die aufttreffenden Teilchen an den Stirnflächen reflektiert und nicht dem Pumpprozess unterworfen werden. Eine Verkürzung der Schaufellänge, was auch zu einer Stabilisierung beitragen würde, führt zu einer Reduzierung der pumpaktiven Fläche und somit auch des Saugvermögens.
Die DE 14 28 233 A beschreibt eine Rotorscheibe mit Schaufeln, die jeweils im Schnitt eine dreieckige Gestalt besitzen, wobei ein Angriffsrand mit einer scharfen Kante a einer Ansaugöffnung einer Pumpe zugewandt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaufelkonstruktion vorzustellen, die zu einer höheren Stabilität der Schaufeln führt, ohne dass die Pumpeigenschaften, insbesondere das Saugvermögen, beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruches gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Schaufelprofils weisen die Schaufeln eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhte Stabilität auf. Dadurch werden auch die Schaufelresonanzen angehoben und die Verformung bei Flutvorgängen wird weitgehend reduziert. Dabei wird die der Ansaugöffnung zugewandte Stirnfläche der Schaufeln nicht vergrößert, und somit findet keine Beeinträchtigung des Saugvermögens statt. Die Profile der Schaufeln können je nach Fertigungsmöglichkeiten und Einsatzbereichen unterschiedlich gestaltet werden. Die Schaufelprofile auch der Statorscheiben entsprechend zu gestalten, kann insbesondere bei Flutvorgängen von Vorteil sein.
Anhand der 1–3 soll die Erfindung näher erläutert werden.
1 zeigt eine Turbomolekularpumpe, auf die sich die Erfindung bezieht.
2 zeigt die Ansaugseite einer Turbomolekularpumpe mit einer erfindungsgemäßen Rotorscheibe.
3a bis 3d zeigen verschiedene Variationen des Schaufelprofils.
Die Turbomolekularpumpe ist mit dem Gehäuse 1, welches eine Ansaugöffnung 2 zum Anschluss eines Rezipienten und eine Gasaustrittsöffnung 3 aufweist, versehen.
Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 5 und 6 fixiert und wird durch den Motor 7 angetrieben. Auf der Rotorwelle sind die Rotorscheiben 8 befestigt. Diese sind mit einer pumpaktiven Struktur in Form von Schaufeln 10 versehen und bewirken mit den Statorscheiben 9, die ebenfalls mit einer solchen pumpaktiven Struktur versehen sind, den Pumpeffekt. Die Schaufeln 10 sind auf einem inneren Tragring 11 angeordnet. Erfindungsgemäß nimmt die in Umfangsrichtung gemessene Dicke d der Schaufeln 10 innerhalb einer Rotorscheibe 8 in Strömungsrichtung, d. h. von der Ansaugöffnung 2 zur Gasaustrittsöffnung 3 hin, zu. Das Profil der am Beispiel der 2 dargestellten Schaufeln ist in 3a noch einmal im Schnitt gezeigt. Weitere Beispiele zur Profilgestaltung zeigen die 3b, 3c und 3d.

Claims

Rotorscheibe (8) mit Schaufeln (10) für eine Turbomolekularpumpe, welche mit einer Ansaugöffnung (2) und einer Gasaustrittsöffnung (3) versehen ist, wobei die Schaufeln (10) auf einem inneren Tragring (11) angeordnet sind und schräg zur Scheibenebene stehen, wobei die in Umfangsrichtung gemessene Dicke d der Schaufeln (10) innerhalb einer Rotorscheibe (8) von der Ansaugöffnung (2) zur Gasaustrittsöffnung (3) hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (10) jeweils eine der Ansaugöffnung (2) zugewandte ebene Stirnfläche aufweisen, welche die minimale Dicke d der Schaufel (10) bestimmt.