DE102006020081A1

DE102006020081A1 - Rotor or stator disk for a molecular pump

Info

Publication number: DE102006020081A1
Application number: DE102006020081A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zipp
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2006-04-29
Filing date: 2006-04-29
Publication date: 2007-10-31
Also published as: EP1850011A2; EP1850011B1; EP1850011A3; ATE454556T1; DE502007002522D1

Abstract

The disk has index plate (2,3) in each of the blade (4,4') arranged at assembly level (10,11), with blade faces bent to the index plate level. The assembly levels of the index plates are axially spaced. The blades are laid part of the blades to the index plates on a common line (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotor- oder Statorscheibe für eine Molekularpumpe.The The invention relates to a rotor or stator disk for a molecular pump.

Mehrere erfolgreiche Typen von Molekularpumpen basieren auf Scheiben, bei denen Schaufeln an einem Tragring angebracht sind, welcher auf einer schnelldrehenden Welle sitzt. Beispielhaft hierfür sind die sogenannten Turbomolekularpumpen, in denen sich Rotor- und Statorscheiben abwechseln. Die Geometrie der Schaufeln hat einen großen Einfluss auf die Leistungsdaten und Lebensdauer der Pumpe.Several successful types of molecular pumps are based on discs, at which blades are attached to a support ring, which on a fast-rotating Wave is sitting. Examples of this are the so-called turbomolecular pumps, in which rotor and stator discs alternate. The geometry of the blades has a big impact on the performance data and life of the pump.

Verschiedene Arten von Rotor- oder Statorscheiben sind im Stand der Technik bekannt. Eine gängige Bauart besteht aus Blech, welches bei der Herstellung so gestanzt wird, dass eine runde Scheibe mit radialen Schlitzen entsteht. Die radialen Schlitze sind nur über einen äußeren Teil vorgesehen. Der zwischen den Schlitzen befindliche Teil wird umgebogen, d.h. aus der Scheibenebene herausgestellt, so dass Schaufeln entstehen. Diese Lösung ist beispielsweise in der DE-OS 100 52 637 gezeigt.Various Types of rotor or stator disks are known in the art. A common one Design is made of sheet metal, which is so punched in the production is that a round disc with radial slots is created. The Radial slots are only over an outer part intended. The part between the slots is bent over, i.e. exposed out of the disk plane, so that shovels arise. This solution is shown for example in DE-OS 100 52 637.

Eine angedachte, aber nicht gängig gewordene Bauform nach der DE-AS 1 071 275 nutzt eine Vielzahl von dünnen Blechen, die kreisförmig sind und am äußeren Rand Zähne aufweist. Diese Bleche werden gegeneinander versetzt gestapelt, so dass sich die Einhüllende eine schaufelartige Form erhält.A considered, but not common become design according to DE-AS 1 071 275 uses a variety of thin Sheets that are circular are and at the outer edge Has teeth. These sheets are stacked against each other, so that the envelope gets a shovel-like shape.

Beide Lösungen weisen den großen Nachteil auf, dass die Bleche recht dünn sein müssen. Dadurch können die Scheiben keinen schnellen Drehungen ausgesetzt werden, da die Materialbelastung am Schaufelgrund zu hoch würde. Zudem weist die zweite Lösung den Nachteil auf, dass die Bleche gegeneinander orientiert und fixiert werden müssen. Ein Entstehen von Toträumen zwischen den Blechen ist nicht auszuschließen, so dass die Lösung im Hochvakuumbereich nicht angewendet werden kann. Außerdem besitzen die Schaufeln große Flächen mit Flächennormale in Richtung Wellenachse, so dass das Saugvermögen einer solchen Pumpe schlecht ist.Both solutions show the big one Disadvantage on that the sheets must be quite thin. This allows the Slices should not be exposed to rapid rotations, as the material load on the Shovel ground would be too high. In addition, the second solution points the disadvantage that the sheets are oriented and fixed against each other Need to become. One Emergence of dead spaces between the sheets is not excluded, so that the solution in the high vacuum range can not be applied. In addition, the blades have size surfaces with surface normals in the direction of the shaft axis, so that the pumping speed of such a pump is poor.

Eine weitere gängige Lösung ist, die Scheiben aus Vollmaterial durch Einsägen von zur Scheibenebene schräg gestellten Kanälen herzustellen. Die herstellbaren Geometrien sind durch dieses Werkzeug eingeschränkt. Beispielsweise ist es schwierig, am Schaufelgrund einen steileren Anstellwinkel zu erzeugen, weil dann die Säge mit dem Außenteil der Schaufel in Berührung kommt.A other common solution is, the discs of solid material by sawing inclined to the disc plane channels manufacture. The manufacturable geometries are through this tool limited. For example, it is difficult to steeper at the bottom of the blade To create an angle of attack, because then the saw with the outer part the shovel in contact comes.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Scheibe für Rotor und/oder Stator einer Molekularvakuumpumpe herzustellen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere mehr Freiheiten bei der Wahl der Schaufelgeometrie erlaubt.task The invention is therefore a disc for rotor and / or stator of a Molecular vacuum pump to produce the above-mentioned disadvantages The prior art avoids and in particular more freedom allowed in the choice of blade geometry.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rotor- oder Statorscheibe mit den Merkmalen des ersten Anspruches.These Task is solved by a rotor or stator disc having the features of the first claim.

Eine Scheibe, die aus mindestens einer ersten und einer zweiten Teilscheibe aufgebaut ist, wobei auf jeder Teilscheibe Schaufeln in einer Anordnungsebene angeordnet sind und die Anordnungsebenen axial beabstandet sind, erlaubt es, die Geometrie der Scheibe viel besser den Notwendigkeiten anzupassen. Die Geometrie kann erstmals auf einfache Weise nach den vakuumtechnischen Anforderungen gestaltet werden. Im Stand der Technik war die Geometrie eine begrenzende Rahmenbedingung. Mit der erfindungsgemäßen Scheibe ist es daher möglich, die Pumpwirkung deutlich zu verbessern.A Disc consisting of at least a first and a second part disc is constructed, wherein on each part disc blades in an arrangement plane are arranged and the arrangement levels are axially spaced, It allows the geometry of the disc to much better meet the needs adapt. For the first time, the geometry can be easily adjusted the vacuum technical requirements are designed. In the state of Technique, geometry was a limiting framework. With the disc according to the invention It is therefore possible, the Significantly improve pumping action.

Die Ansprüche 2 bis 10 stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.The claims FIGS. 2 to 10 illustrate advantageous developments of the invention.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3, nach der die Schaufelspitzen wenigstens eines Teils der Schaufeln der ersten und der zweiten Teilscheibe auf einer gemeinsamen Linie liegen, vermeidet Stufen und Lücken im Bereich des Schaufelkopfes. Dies verbessert die Pumpwirkung.The Training according to claim 3, according to which the blade tips at least a part of the blades of the first and the second part disc lying on a common line, avoiding steps and gaps in the Area of the blade head. This improves the pumping action.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3, bei der wenigstens eine Teilscheibe unterschiedliche Anstellwinkel an Schaufelgrund und Schaufelkopf aufweist, erlaubt es, verwendelte Scheiben herzustellen. Dies erhöht die Pumpwirkung.The Training according to claim 3, wherein the at least one dividing disc different angles of attack on the blade ground and blade head allows to produce used discs. This increases the pumping effect.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 sorgt für glatte, stufenlose Schaufelflächen, die sich aus den Flächen der Schaufeln der Teilscheiben ergeben. Die Stufenlosigkeit verbessert die Pumpwirkung und verhindert senkrecht gegen die Pumprichtung stehende Flächen, von denen Moleküle gegen die Pumprichtung reflektiert werden können.The Development according to claim 4 provides smooth, continuous blade surfaces, the out of the surfaces the blades of the part discs result. The steplessity improved the pumping action and prevents perpendicular to the pumping direction standing surfaces, of which molecules can be reflected against the pumping direction.

Die Pumpwirkung lässt sich weiter verbessern, indem die Anstellwinkel der Schaufeln von verschiedenen Teilscheiben unterschiedlich sind. Rückströmungen können so verringert werden.The Pumping action leaves to further improve by adjusting the angles of attack of the blades different dividing discs are different. Backflow can do so be reduced.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, indem wenigstens eine Teilscheibe optisch dicht ist. Dies vermindert Rückströmungen, da Moleküle nicht direkt in Pumprichtung durch die Scheibe treten können.A Further improvement results by having at least one dividing disc is optically tight. This reduces backflow since molecules are not directly in the pumping direction can pass through the disc.

Wird auf einer Teilscheibe ein ganzzahliges Vielfaches der Schaufelanzahl einer zweiten Teilscheibe angeordnet, werden die Rückströmungen in den Kanälen zwischen den Schaufeln reduziert. Dies erhöht die Kompression.Becomes on an indexing disk an integer multiple of the number of blades arranged a second disc, the backflow into the channels reduced between the blades. This increases the compression.

Die Weiterbildung nach Anspruch 8 erlaubt eine einfache Herstellung der Teilscheiben mit bereits bekannten Herstellungsverfahren.The Training according to claim 8 allows easy production the part discs with already known manufacturing processes.

Die Weiterbildung nach Anspruch 9 erlaubt es, die Scheibe zu verbessern, da die verschiedenen Teilscheiben unterschiedlichen Temperatur- und mechanischen Bedingungen unterliegen. Die Wahl von verschiedenen Materialien für die verschiedenen Teilscheiben erlaubt es, hierauf zu reagieren.The Training according to claim 9 allows to improve the disc, because the different dividing disks have different temperature and mechanical conditions. The choice of different Materials for the various dividing discs allow it to react to this.

Eine Anordnung einer Distanzscheibe zwischen den Teilscheiben verbessert die Pumpwirkung, da sich im Bereich der Distanzscheibe eine Beruhigungszone ausbildet, in der Moleküle miteinander wechselwirken können und dadurch ein Impulsangleich stattfindet.A Arrangement of a spacer between the part discs improved the pumping action, as in the area of the spacer a calming zone trains, in the molecules can interact with each other and thereby a Impulsangleich takes place.

Mit Hilfe der Abbildungen soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert und die Vorteile derselben vertieft werden. Die Abbildungen zeigen:With Help the figures, the invention of exemplary embodiments is explained in more detail and the benefits of it are deepened. The pictures show:

1: Perspektivische Darstellung einer gestapelten Scheibe gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. 1 : Perspective view of a stacked disk according to a first embodiment.

2: a) Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Scheibe, b) Sicht auf die Scheibe in der Scheibenebene nach Schnitt A-A, c) Sich auf die Scheibe in der Scheibenebene nach Schnitt B-B. 2 : a) top view of a disc according to the invention, b) view of the disc in the disc plane according to section AA, c) on the disc in the disc plane according to section BB.

3: Abwicklung eines dritten Ausführungsbeispiels einer gestapelten Scheibe. 3 : Processing of a third embodiment of a stacked disc.

Die erste Abbildung zeigt eine Scheibe 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Auf einer Welle 7 sind zwei Teilscheiben 2 und 3 angeordnet. Jede dieser Teilscheiben weist Schaufeln 4 auf. Für die gezeigte perspektivische Darstellung wurde jeweils nur ein Teil der Schaufeln je Teilscheibe gezeigt. Die Schaufeln sind auf den gesamten Umfang der Teilscheiben verteilt, so dass sich ein rotationssymetrisches Gebilde ergibt. Beide Teilscheiben weisen einen Tragring 9 auf, an dem die Schaufeln in einer Anordnungsebene befestigt sind. die Anordnungsebenen beider Teilscheiben sind axial voneinander beabstandet. Schaufeln und Tragring können einstückig ausgebildet sein. Den Bereich der Schaufeln, der radial innen liegt, also am Übergang zum Tragring, nennt man Schaufelgrund. Der radial außen liegende Bereich wird als Schaufelkopf bezeichnet. Den äußersten Bereich des Schaufelkopfes mit seiner radial außen liegenden Fläche bezeichnet man als Schaufelspitze 5. Nach dem Ausführungsbeispiel liegen die Schaufelspitzen der Teilscheiben 2 und 3 auf einer gemeinsamen, gedachten Linie 6. Die Schaufeln weisen einen trapzoiden Querschnitt auf. Der Vorteil einer solchen Geometrie liegt in der einfachen und kostengünstigen Herstellung, beispielsweise durch Sägen. Die Herstellung der Scheibe lässt sich vereinfachen, indem Stifte 8 vorgesehen werden, die aus dem Tragring der einen Teilscheibe hervor ragen und in passende, nicht gezeigte Löcher der nächsten Teilscheibe eintauchen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Teilscheiben im richtigen Winkel gegeneinander verdreht sind.The first picture shows a disc 1 according to a first embodiment. On a wave 7 are two part disks 2 and 3 arranged. Each of these dividing discs has blades 4 on. For the perspective view shown only a portion of the blades per part of disc was shown. The blades are distributed over the entire circumference of the part discs, so that there is a rotationally symmetrical structure. Both part discs have a support ring 9 on which the blades are mounted in an assembly plane. the arrangement levels of both partial discs are axially spaced from each other. Blades and support ring may be integrally formed. The area of the blades, which lies radially inward, ie at the transition to the support ring, is called the blade root. The radially outer region is referred to as a blade head. The outermost region of the blade head with its radially outer surface is called a blade tip 5 , According to the embodiment, the blade tips of the part discs are 2 and 3 on a common, imaginary line 6 , The blades have a trapzoiden cross-section. The advantage of such a geometry lies in the simple and inexpensive production, for example by sawing. The manufacture of the disc can be simplified by adding pins 8th are provided, which protrude from the support ring of a dividing disk and immerse in matching, not shown holes of the next dividing disk. This ensures that the part discs are rotated at the correct angle to each other.

Die zweite Abbildung zeigt eine aus zwei Teilscheiben 2 und 3 zusammengesetzte Scheibe. Zur klareren Darstellung ist je Teilscheibe nur eine Schaufel 4, 4' gezeigt. In 2a ist der Draufblick gezeigt. Auf einem Tragring 9 sind Stifte 8 angeordnet, die eine Orientierung der Teilscheiben gegeneinander erlauben. Vom Tragring erstrecken sich radial nach außen die Schaufeln 4. Diese Schaufeln weisen Schaufelkanten 25 und 26 auf, die sich in radialer Richtung erstrecken. Durch die radiale Gestaltung der Kanten ergibt sich eine Gesamtschaufelfläche, die nahezu stufenlos ist, d.h. die beiden Schaufeln 4 und 4' bilden eine Schaufel mit durchgehender Fläche. Die radiale Gestaltung der Kanten 25 und 26 kann durch eine Verwendelung der Schaufeln erzielt werden. Diese bedingt unterschiedliche Anstellwinkel der Schaufeln an Schaufelkopf und Schaufelgrund. In 2b ist ein Schnitt durch die Schaufeln 4, 4' am Schaufelgrund entlang der Linie A-A gezeigt. Die Schaufel 4 ist am Tragring der Teilscheibe 2 angeordnet, die Schaufel 4' am Tragring der Teilscheibe 3. Strichpunktiert eingezeichnet sind die Anordnungsebenen der Schaufeln 10 und 11. Die Schaufeln sind mit einem Anstellwinkel α gegen diese Anordnungsebenen geneigt. 2c zeigt den Schnitt B-B im Bereich des Schaufelkopfes. Hier ist der Anstellwinkel β, wobei α > β gilt. Werden die Schaufeln mit trapzoidem Querschnitt gestaltet, sind die Schaufelkanten der Schaufeln der verschiedenen Teilscheiben Flächen, die aufeinandersitzen. Durch die Fliehkräfte, die insbeondere bei der schnellen Drehung von Rotorscheiben entstehen, findet eine Entwendelung statt. Das bedeutet, dass der zunächst flachere Winkel am Schaufelkopf versucht, sich zum steileren Winkel am Schaufelgrund aufzuweiten. Durch das Berühren der Flächen der Schaufelkanten wird dies verhindert, so dass insgesamt eine zusätzliche Versteifung stattfindet.The second figure shows one of two part disks 2 and 3 compound disc. For a clearer illustration, only one blade per part disc 4 . 4 ' shown. In 2a the outline is shown. On a support ring 9 are pens 8th arranged, which allow an orientation of the part discs against each other. From the support ring extend radially outward the blades 4 , These blades have blade edges 25 and 26 on, which extend in the radial direction. Due to the radial design of the edges results in a total blade surface, which is almost infinite, ie the two blades 4 and 4 ' form a scoop with a continuous surface. The radial design of the edges 25 and 26 can be achieved by using the blades. This requires different angles of attack of the blades on the blade head and blade ground. In 2 B is a cut through the blades 4 . 4 ' shown on the blade bottom along the line AA. The shovel 4 is on the support ring of the dividing disk 2 arranged the shovel 4 ' on the support ring of the dividing disk 3 , Dash-dotted lines show the arrangement levels of the blades 10 and 11 , The blades are inclined with an angle of attack α against these arrangement levels. 2c shows the section BB in the area of the blade head. Here the angle of attack is β, where α> β. If the blades are designed with a trapzoidem cross-section, the blade edges of the blades of the various part discs are surfaces that are on top of each other. Due to the centrifugal forces that arise in particular in the rapid rotation of rotor disks, a Entwendelung instead. This means that the initially flatter angle at the blade head is trying to expand at the steeper angle at the blade root. By touching the surfaces of the blade edges this is prevented, so that an overall additional stiffening takes place.

Die 3 zeigt eine Abwicklung eines dritten Ausführungsbeispiels. Die Scheibe ist hier aus den vier Teilscheiben 2, 3, 20 und 21 aufgebaut. Bei jeder Teilscheibe sind die Schaufeln in Anordnungsebenen 10, 11, 12 und 13 angeordnet, wobei die Ebenen der vier Scheiben axial voneinander beabstandet sind. Die Anstellwinkel an Schaufelgrund und Schaufelkopf sind innerhalb einer Teilscheibe gleich, allerdings besitzen die Schaufeln der verschiedenen Teilscheiben einen unterschiedlichen Anstellwinkel. Eine solche Form wird erst durch den Aufbau der Scheibe aus Teilscheiben ermöglicht. Diese Scheibe weist eine verbesserte Pumpwirkung auf.The 3 shows a development of a third embodiment. The disc is here from the four part discs 2 . 3 . 20 and 21 built up. For each part disc, the blades are in arrangement levels 10 . 11 . 12 and 13 arranged, wherein the planes of the four discs are axially spaced apart. The angles of attack on the blade base and the blade head are the same within a dividing disk, but the blades of the various dividing disks have a different angle of attack. Such a shape is made possible only by the structure of the disc of part discs. This disc has an improved pumping action.

Claims

From a plurality of axially successively arranged, provided with support ring and blades dividing discs disc ( 1 ) for the rotor or stator of a molecular vacuum pump, characterized in that the disc has at least one first ( 2 ) and a second ( 3 ) Partial disk in each case an arrangement level ( 10 . 11 ) arranged blades ( 4 . 4 ' ) having inclined to the part plate plane blade surfaces and the arrangement planes of the part discs are axially spaced.

Rotor or stator disc according to claim 1, characterized in that blade tips ( 5 ) at least part of the blades ( 4 . 4 ' ) the first ( 2 ) and the second ( 3 ) Partial disk on a common line ( 6 ) lie.

Rotor or stator disc according to claim 1 or 2, characterized in that the blades ( 4 . 4 ' ) at least one dividing disk ( 2 . 3 . 20 . 21 ) have different angles of attack (α, β) on the blade base and blade head.

Rotor or stator disc according to claim 1 or 2, characterized in that the part discs ( 2 . 3 . 20 . 21 ) are arranged axially one behind the other so that the inclined blade surfaces give a stepless total area.

Rotor or stator disc according to one of the preceding claims, characterized in that the angles of incidence of the blades ( 4 . 4 ' ) of different partial disks ( 2 . 3 . 20 . 21 ) are different.

Rotor or stator disc according to one of the preceding claims, characterized in that at least one part disc ( 2 . 3 . 20 . 21 ) is optically dense in the axial direction.

Rotor or Stator writing according to one of the preceding Claims, characterized in that a first dividing disk is an integer multiple the number of blades has a second part disc.

Rotor or stator writing according to one of the preceding claims, characterized in that the part discs ( 2 . 3 . 20 . 21 ) are milled from solid material.

Rotor or stator writing according to one of the preceding claims, characterized in that the part discs ( 2 . 3 . 20 . 21 ) consist of different materials.

Rotor or stator writing according to one of claim 1 or claim 3 or one of claims 5 to 9, characterized in that between two part discs ( 2 . 3 . 20 . 21 ) A spacer is arranged.