DE1503704B2 - Schaufelkranz fuer ein lauf und oder leitrad einer turbomolekularpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaufelkranz für ein Lauf- und/oder Leitrad einer Turbomolekularpumpe mit aus Blech geformten, sektorenförmigen, schräg zur Radebene angeordneten Schaufeln, deren Spitzen durch einen Deckring miteinander verbunden sind.

Unter Molekularpumpen werden Vakuumpumpen verstanden, die im molekularen Strömungsbereich arbeiten, d. h. in einem Druckbereich, in dem die freien Weglängen der Gasmoleküle oder Gasatome in einem Raum so groß sind, daß diese von einer Wand zur anderen Wand des Raumes fliegen können, ohne sich gegenseitig zu behindern. Wird in einem solchen Raum irgendeine Fläche bewegt, so wird den auf diese bewegte Fläche auftreffenden Molekülen ein Impuls in der Bewegungsrichtung dieser Fläche erteilt. Auf dieser Impulsübertragung beruht die Pumpwirkuhg einer Molekularpumpe.

Eine besondere wirksame Form von Molekularpumpen sind mehrstufige Turbomolekularpumpen, die aus einzelnen Lauf- und Leiträdern aufgebaut sind, wobei diese abwechselnd mit geringem Abstand in axialer Richtung der Pumpe voneinander angeordnet sind. Lauf- und Leiträder bilden Schaufelkränze, wobei je zwei benachbarte Schaufeln desselben Schaufelkranzes einen Kanal begrenzen, der gegen die Radebene geneigt ist. Die Neigung der Kanäle eines Leitrades ist bezüglich seiner Radebene im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet zur Neigung der Kanäle eines Laufrades zu seiner Radebene.

Bekannte Lauf- und Leiträder werden entweder aus massiven Scheiben hergestellt (schweizerische Patentschrift 349 364), wobei die genannten Kanäle aus den Scheiben ausgefräst werden, oder sie werden aus einem ringförmigen Blech hergestellt (französische Patentschrift 1 306 013), das durch radiale Schnitte unterteilt ist. Aus dem Blech werden mit dem gewünschten Winkel die einzelnen Schaufeln herausgebogen, die die genannten Kanäle begrenzen. Ein Nachteil der erstgenannten, aus massiven Scheiben gefertigten Räder ist, daß die Anzahl der Kanäle aus Festigkeitsgründen begrenzt ist, wobei auch der Druck der Fräswerkzeuge eine Rolle spielt.

Um bei aus einem Blech herausgebogenen Schaufeln eine ausreichende Stabilität zu erhalten, müssen die freien Schaufelenden durch einen Ring miteinander verbunden werden. Bei dem bekannten Laufrad nach der französischen Patentschrift 1 306 013 ist dieser Ring durch einen in der Radebene liegenden Kreisring gebildet, der stellenweise mit den Schaufelenden zusammenhängt. Bei einer solchen Konstruktion muß auf einen Teil der Schaufellänge gerade dort verzichtet werden, wo die Schaufeln am wirksamsten sind, nämlich in der Nähe ihrer radial äußeren Enden. Bei aus einem zusammenhängenden Blechring ausgeprägten Schaufelkränzen läßt sich auch keine optische Dichtheit in axialer Richtung erzielen, da beim Herausbiegen der Schaufeln aus der Radebene zwangläufig ein Spalt entsteht, der einen Durchblick in axialer Richtung ermöglicht. Bei Turbomolekularpumpen ist es aber von großer Wichtigkeit, daß die Schaufeln im Schaufelkranz so angeordnet sind, daß ein senkrecht zur Radebene auf den Schaufelkranz auftreffender Lichtstrahl diesen nicht durchdringen kann. Auf diese Weise nämlich wird ein unerwünschtes Zurückfliegen der Moleküle entgegen der Förderrichtung der Pumpe vermieden, d. h. die mögliche Leistung der Pumpe voll ausgenutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaufelkranz der eingangs genannten bekannten Art (französische Patentschrift 1 306 013) zu schaffen, der optisch dicht ist, wie bei der Pumpe nach der schweizerischen Patentschrift 349 364, bei dem aber eine kleinere Schaufelteilung möglich ist.

ίο Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schaufelkranz aus Einzelschaufeln zusammengesetzt ist, die aus die wirksame Schaufelfläche bildenden Teilen, aus Schaufelfußteilen und aus gegenüber der Schaufellängsachse in Umfangsrichtung des Rades abgebogenen Kopfteilen bestehen, wobei die Kopfteile benachbarter Schaufeln einander überlappen und an den Uberlappungsstellen miteinander verbunden sind.

Die Verwendung von Einzelschaufeln aus Blech,

ao die naturgemäß relativ dünn sind, ermöglicht es, die Schaufelabstände in Umfangsrichtung kleiner zu wählen, als dies bei aus dem Vollen gefrästen Schaufel- / kränzen der Fall ist. Hierdurch wird eine erhebliche ^ Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt. Die erwünschte optische Dichtheit ist leicht erreichbar, da es keine Schwierigkeiten bereitet, die Schaufeln so auszubilden und zu montieren, daß sie sich in axialer Richtung gesehen überlappen.. Die nötige Festigkeit wird dadurch erzielt, daß die abgebogenen Kopfteile einander überlappen und an den Uberlappungsstellen miteinander verbunden sind. Durch die abgebogenen Kopf teile wird so ein" zusammenhängender Ring gebildet, der in radialer Richtung nur wenig Raum beansprucht, da der Ring nur eine geringe radiale Dicke hat, die etwa gleich der doppelten Dicke des Bleches ist, aus dem die Schaufeln bestehen. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Laufradschaufeln weit radial nach außen erstrecken. Dies trägt weiter zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei, da die radial äußeren Bereiche der Schaufeln besonders wirksam sind.

Die Seitenkanten der Kopfteile liegen vorteilhafterweise parallel zur Radebene. Hierdurch erhält man eine möglichst große Uberlappungsfläche der Kopfteile. -

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fußteil der Schaufeln U- oder V-förmig gebogen und zur Befestigung des Fußteiles dienen zwei zusammenpassende Ringe, die an ihren zusammenpassenden Flächen gleich profiliert sind wie die Fußteile. Man erhält so eine verhältnismäßig einfache Befestigung der Schaufeln, da nur zwei Halteelemente, nämlich zwei zusammenpassende Ringe für die Befestigung aller Schaufeln eines Schaufelkranzes benötigt werden.

Bei der zuletzt genannten Ausführungsform kann einer der Ringe einen vorspringenden Flansch aufweisen, der nach dem Einsetzen des anderen Ringes um diesen herumgebördelt wird. Auf diese Weise werden besondere Befestigungselemente zur Verbindung der beiden Ringe vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Radialschnitt durch ein Lauf- und ein Leitrad und deren Befestigungsringe,

F i g. 2 a eine Ansicht einer Laufradschaufel vor ihrer Verformung,

Fig. 2b eine Ansicht einer Leitradschaufel vor ihrer Verformung,

F i g. 3 einen Teil der Abwicklung eines Schnittes nach Linie A-B der Fig. 1 und

F i g. 4 eine Ansicht einiger Laufradschaufeln mit ihrem Befestigungsring.

In F i g. 1 bezeichnet 1 die Welle einer Turbomolekularpumpe. Auf dieser Welle sitzt drehfest ein Befestigungsring für die Schaufeln eines Laufrades. Dieser Ring ist aus zwei Ringen 2 und 3 zusammengesetzt, zwischen denen die Schaufeln gehalten sind. Jede Laufradschaufel 4α ist aus einem in Fig. 2a dargestellten ebenen Blech hergestellt. Dieses Blech hat einen trapezförmigen die Schaufelfläche bildenden Hauptteil 5 a, einen schmaleren Fußteil 6 α und einen stumpfwinklig an den Hauptteil angesetzten Kopfteil 7 a. Dieses Blech wird längs der mit A bis F benannten, gestrichelt gezeichneten Linien verformt. Der Kopfteil 7 α wird um die Linie F rechtwinklig zum Hauptteil 5 α abgebogen. Der Hauptteil 5a wird an der Linie £ entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Winkel gegen die Radebene verdreht. Der in Fig. 2a mit α bezeichnete Winkel des Kopfteils 7 α zum Hauptteil 5 a ist so bemessen, daß bei der Verdrehung des Hauptteils 5 α zum Fußteil 6 α die Seitenkanten 8 a des Kopfteils parallel zur Radebene liegen. Der Fußteil 6 α wird um die Linien A bis D jeweils rechtwinklig abgebogen, so daß ein U-förmiger Teil entsteht, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Der Ring 2 hat eine U-förmige Ausnehmung 9, und der Befestigungsring 3 einen T-förmigen Querschnitt. Der Schenkel 10 des Ringes 3 paßt in die Ausnehmung 9 des Ringes 2. In dieser Ausnehmung 9 liegt auch der U-förmige Fußteil 6 α der Schaufel Aa, so daß die Schaufeln durch den Ring 3 im Ring 2 gehalten sind. Der Ring 2 hat einen Bördelflansch 11, der nach dem Einsetzen der Schaufel 4 a um eine Kante des Ringes 3 herumgebördelt wird.

Die Kopfteile 7 a der einzelnen Schaufeln 4 a überlappen sich dachziegelartig, wie Fig. 4 zeigt. Die Überlappungsstellen sind durch Punktschweißstellen 12 miteinander verbunden. Es entsteht so ein in radialer Richtung sehr dünner Ring, der den Schaufeln 4 α eine Stabilität in axialer Richtung gibt und sie bei Lufteinbrüchen in die laufende Pumpe gegen Verbiegen schützt.

Die in Fig. 2b mit 4b bezeichneten Schaufeln eines Leitrades sind in einem Ring gehalten, der fest mit dem Gehäuse 16 der Turbomolekularpumpe verbunden ist. Dieser Ring ist aus zwei Ringen 13 und 14 zusammengesetzt. Der Ring 14 hat einen winkelförmigen Querschnitt.

Die Fußteile 6 b der Schaufeln 4 b werden an den gestrichelt gezeichneten Linien C" und £>' Z-förmig so abgebogen, daß sie in eine entsprechend geformte Ausnehmung des Ringes 13 passen. Die Schaufeln werden in der Ausnehmung des Ringes 13 durch den Ring 14 festgehalten, der seinerseits mit Hilfe eines Bördelflansches 15 am Ring 13 gehalten wird. Die Schaufeln haben an der Übergangsstelle vom Fußteil 6 b zum trapezförmigen Hauptteil 5 ft ihre größte Breite. Die Kopfteile der Schaufeln 4 & sind mit Ib bezeichnet und haben Seitenkanten 8 b. Diese Kopfteile sind auch in F i g. 3 erkennbar. Am fertigen Schaufelkranz liegen die Seitenkanten 8 b parallel zur Radebene.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So braucht z. B. die Form der Hauptteile der Schaufeln nicht trapezförmig zu sein, sie kann auch rechteckig sein. Ebenso sind die Ausbildung des Fußteiles 6 a und damit auch der Ausnehmung 9 und der Schenkel 10 nicht an die U- oder V-Form gebunden; sie könnte ebensogut mehr oder weniger abgerundet sein. Auch kann der Befestigungsring der Leitradschaufeln gleich ausgebildet sein wie der der Laufradschaufeln, d. h., die Fußteile der Leitradschaufeln können wie die Fußteile der Laufradschaufeln im wesentlichen U- oder V-förmig sein.

Lauf- und Leiträder gemäß der Erfindung ergeben eine optimale Ausnutzung des Raumes und damit ein hohes Saugvermögen der Pumpe bei kleinen Ab-

x 5 messungen. Die Schaufeln können dank ihrer schmalen Fußteile mit solchem Abstand längs des Umfangs der Befestigungsringe angeordnet werden, daß sich ihre Kanten in Richtung der Rotationsachse der Pumpe decken bzw. überdecken. Man erreicht so ein

ao gutes Druckverhältnis für jede aus einem Laufund einem Leitrad gebildete Stufe.

Man wird die neuen Lauf- und Leiträder vorteilhaft auf der Hochvakuumseite der Turbomolekularpumpen anbringen, nahe der Vorvakuumseite kann man wie bisher gefräste Räder verwenden. Diese haben zwar ein geringeres Saugvermögen, aber in der Vorvakuumstufe ist das nicht mehr so wichtig, weil die abzupumpenden Gase durch die Hochvakuumstufen schon stark vorverdichtet sind. Die Kombination hat den Vorteil, daß nur dort die etwas teureren Räder gemäß der Erfindung verwendet werden, wo es sinnvoll ist, während vorvakuumseitig, wo ein hohes Saugvermögen nicht so benötigt wird, die herkömmlich gefrästen Räder genügen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaufelkranz für ein Lauf- und/oder Leitrad einer Turbomolekularpumpe mit aus Blech geformten, sektorenförmigen, schräg zur Radebene angeordneten Schaufeln, deren Spitzen durch einen Deckring miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkranz aus Einzelschaufeln (4 a, 4 b) zusammengesetzt ist, die aus die wirksame Schaufelfläche bildenden Teilen (5 a, Sb), aus Schaufelfußteilen (6 α, 6 b) und aus gegenüber der Schaufellängsachse in Umfangsrichtung des Rades abgebogenen Kopfteilen (7 α, 7 b) bestehen, wobei die Kopfteile benachbarter Schaufeln einander überlappen und an den Uberlappungsstellen miteinander verbunden sind.

2. Schaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten (8 a, 8 b) der

Kopf teile (7 a, 7 b) parallel zur Radebene liegen.

3. Schaufelkranz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußteil (6 a; 6 b) der Schaufeln (4 a; 4 b) U- oder V-förmig gebogen ist und zur Befestigung des Fußteiles zwei zusammenpassende Ringe (2, 3; 13; 14) dienen, die an ihren zusammenpassenden Flächen gleich profiliert sind wie die Fußteile.

4. Schaufelkranz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer (2; 13) der Ringe einen vorspringenden Flansch (11; 15) besitzt und daß dieser nach dem Einsetzen des anderen Ringes (3; 14) um diesen herumgebördelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen