DE2717366A1

DE2717366A1 - Laufrad fuer eine turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE2717366A1
Application number: DE19772717366
Authority: DE
Inventors: Willi Ing Grad Dr Becker
Original assignee: PFEIFFER VAKUUMTECHNIK
Current assignee: PFEIFFER VAKUUMTECHNIK
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2717366B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für eine Turbomolekularpumpe mit einem Schaufelkranz aus schräg zur Radebene angestellten, dünnwandigen Schaufeln, die auf einem Tragkörper angeordnet 3ind. Solche Pumpen besitzen bekanntlich eine Mehrzahl von auf einer gemeinsamen Uelle befestigten und mit dieser schnell rotierenden Laufrädern, uelche mit ähnlich geformten, feststehenden Leiträdern zur Erzeugung des Pumpeffektes zusammen wirken. Lauf- und Leiträder besitzen Schaufelkränze mit schräg zur Radebene angestellten Schaufeln, uoduich schräge Kanäle gebildet werden.

Bekannt sind verschiedene Ausführungsformen von Lauf- und Leiträdern. Bei einer Ausführungsform werden die schrägen Kanäle in massive Scheiben gefräst. Die Kanäle und die sie begrenzenden Stege bzw. Schaufeln haben etwa gleiche Dimensionen, d.h. nur etwa die halbe Fläche des Schaufelkranzes ist in axialer Richtung durchlässig. Eine andere Radart wird aus einem dünnen, ebenen Blech durch Stanzen und Herausdrehen der Schaufelflächen aus der Blechebene hergestellt. Der Schaufelkranz ist wegen der geringen Blechetärke fast in seiner ganzen Fläche durchlässig.

Es sind auch noch Radtypen bekannt, bei denen der Schaufelkranz aus einzeln eingesetzten Schaufeln besteht, die an Ringen befestigt sind.

Eine Turbomolekularpumpe wird durch das Saugvermögen _uncj durch das Druckverhältnis, d.h. das Verhältnis der Drücke an der Auslaß- und an der EinlaQseite charakterisiert. Beide Eigenschaften hängen stark von der Umfangsgeschuindigkeit des Schaufelkranzes der Laufräder ab. Man wählt daher die Umfangsgeschuindigkeit und damit die Drehzahl dar Pumpenualle so hoch wie die Festigkeitseigenschaften der Laufräder es zulassen.

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Für die bisher bekannten, vorhergehend beschriebenen Räder ergibt sich, daß die Beanspruchung durch die Fliehkraft bei Laufrädern mit gefrästem Schaufelkranz etwa zur Hälfte vom Tragkörper direkt und zur Hälfte von den Schaufeln herrührt. Das Saugvermögen dieser Radart ist wegen des ungünstigen Verhältnisses Schaufelbreite zu Kanalbreita kleiner als das Saugvermögen der oben zueitgenannten Radart. Bei der zueiten Radart aber ist die Beanspruchung durch die Fliehkraft wesentlich höher, weil bei gleichen Abmessungen die zusätzliche Belastung des Tragkörpers durch die Fliehkraft der Schaufeln etwa doppelt so hoch ist wie bei der ersten Art. Dies hat zur Folge, daß bei gleichen Dimensionen die zweite Radart eine etwa 50 % höhere Gesamtbelastung ergibt. Geht man bis an die zulässige Grenze der Beanspruchung, so darf die zueitgsnannte Radart nur mit einer entsprechend geringeren Drehzahl betrieben werden, wodurch der Vorteil des an sich höheren Saugvermögens solcher Räder wieder zum Teil verlorengeht. Die dritte, oben beschriebene Radart liegt in ihren Festigkeitseigenschaften noch ungünstiger als die zweite.

Es sind weiterhin aus der DP 20 35 063 Schaufeln für Laufräder von Turbomolekularpumpen bekannt, die bei gleicher Dicke die durch die Formel gegebene Bedingung erfüllen, daß sie in axialer Richtung optisch dicht sind, ohne sich zu überlappen. Ergreift man Maßnahmen am Tragkörper, um die Beanspruchung durch die Fliehkraft zu reduzieren, wie z. B. Weglassen der Zentralbohrung oder Verbreiterung des Tragkörpers, so setzt die Beanspruchung durch die Fliehkraft im Schaufelgrund der Erhöhung der Drehzahl eine Grenze.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laufrad für eine Turbomolekularpumpe zu schaffen, welches die Eigenschaften bezüglich der Zentrifugalbelastung der Laufräder, insbesondere der Schaufeln, nach DP 20 35 063 weiter verbessert und somit höhere Umfangsgeschwindigkeiten ermöglicht, wodurch

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Saugverrnögen und Druckverhältnisse verbessert werden.

Die Aufgabe uird erfindungsgemäö dadurch gelöst, daß bei einem Laufrad für eine Turbomolekularpumpe mit einem Schaufelkranz aus schräg zur Radebene angestellten Schaufeln, die auf einem Tragkörper angeordnet sind, der Winkel (*L ), welchen die Tangente (T) senkrecht zum Radius in einem beliebigen Punkt (P) der Schaufelfläche mit der Radebene (E) bildet, und die Dicke (d) der Schaufeln mit wachsendem Abstand des betrachteten Punktes won der Radachse (M) kontinuierlich abnimmt und für jeden Uert uon r die Bedingung erfüllt ist:

tan «c sin et.

wobei a die Ausdehnung der Schaufeln (2) in axialer Richtung, d die Dicke der einzelnen Schaufeln in dem betrachteten Punkt, r den Abstand des betrachteten Punktes (P) auf der Schaufelf lache von der Radachse (M), ζ die Anzahl der Schaufeln und <*- den Winkel der Tangents (T) senkrecht zum Radius an die Schaufeln im betrachteten Punkt zur Radebene (E) bedeuten.

Anhand der Abbildungen uird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäGen Laufrades,

Fig. 2a zeigt einen Teil der Abwicklung des Schaufelkranzes nach Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 2b zeigt einen Teil der Abwicklung des Schaufelkranzes in Abstand r von der Achse des Rades,

Fig. 2c zeigt einen Teil der Abwicklung des Schaufelkranzes nach Linie A-A in Fig. 1.

In den Abbildungen bedeuten 1 den Tragkörper der erfindungsgemäGen Räder und 2 die Schaufeln. Die Dicke der

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Schaufeln ist mit d bezeichnet, uobei 3ich der Index i auf den Schaufelgrund und der Index a auf den Schaufalaußendurchmesser bezieht. Sie ändert sich kontinuierlich mit dem Radius r zwischen Grenzwerten dj und d . Die Dicke des Schaufelkranzes, d.h. die axiale Ausdehnung der Schaufeln ist mit a (Fig. 2b) bezeichnet. Betrachtet man in Abb. 2b einen Punkt P auf einer Schaufel im Abstand r von der Achse des Rad8S ΓΊ, so bildet die Tangente T senkrecht zum Radius in diesem Punkt an die Schaufel den Uinkel»t^mit der Radebene, Der Uinkel ist abhängig vom Abstand 5 des Punktes P von der Radachse M. Für jeden Punkt P auf einer Schaufel gilt:

tan <v sin cc

uobei ζ die Anzahl der Schaufeln im Schaufelkranz ist. Durch diese Ausgestaltung der Schaufeln erreicht man, daß ihr Querschnitt dort, uo die höchste Beanspruchung auftritt, nämlich am Schaufelgrund, vergrößert wird, während das Geuicht der Schaufeln nahezu gehalten uird, weil die Schaufel am AuQandurchmesser wesentlich dünner ist. Gleichzeitig rückt dar Schwerpunkt weiter nach innen_s so daG auch hierdurch die Beanspruchung der Schaufeln und des Tragkörpers verringert wird. Durch die Verringerung der Beanspruchung ist eine weitere Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit und damit eine Erhöhung des Saugverrnögens und des Druckverhältnisses möglich.

Die erfindungsgemäöen Laufräder können sowohl mit gleichartigen Leiträdern als auch mit herkömmlichen Leiträdern zu einer Turbomolekularpumpe zusammengebaut werden. Die erfindungsgemäßen Leiträder sind im wesentlichen wie die Laufräder aufgebaut. Der Tragkörper 1 kann schwächer dimensioniert werden, da bei Leiträdern keine Beanspruchung durch Fliehkräfte auftritt.

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L e e r s e

i te

Claims

ARTHUR PFEIFFER VAKUUMTECHNIK UETZLAR GNBH

Laufrad für eine Turbomolekularpumpe

Patentanspruch:

Laufrad für eine Turbomolekularpumpe mit einem Schaufelkranz aus schräg zur Radebene angestellten, dünnuandigen Schaufeln, die auf einem Tragkörper angeordnet sind, d a durch gekennzeichnet, daß der Uinkal (it), welchen die Tangente (T) senkrecht zum Radius in einem beliebigen Punkt (P) in der Schaufelfläche mit der Radebene (E) bildet, und die Dicke (d) der Schaufeln mit wachsendem Abstand des betrachteten Punktes von der Radachse (Π) kontinuierlich abnimmt und für jeden Uert von r die Bedingung erfüllt ist:

tan cc sin

wobei a die Ausdehnung der Schaufeln (2) in axialer Richtung, d die Dicke der einzelnen Schaufeln in dem betrachteten Punkt, r den Abstand des betrachteten Punktes (P) auf der Schaufelfläche von der Radachse (N), ζ die Anzahl der Schaufeln und <*. den Uinkel der Tangente (T) senkrecht zum Radius an die Schaufeln im betrachteten Punkt mit der Radebene (E) bedeuten.

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