DE2717366B2

DE2717366B2 - Laufrad für eine Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE2717366B2
Application number: DE19772717366
Authority: DE
Inventors: Willi Ing.(Grad.) Dr.H.C. 6333 Braunfels Becker
Original assignee: Arthur Pfeiffer-Vakuumtechnik-Wetzlar Gmbh, 6334 Asslar
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2717366A1

Description

gegebene Bedingung erfüllt, 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 (M), ζ die Anzahl der Schaufeln und « den Winkel der Tangente (^senkrecht zum Radius an die Schaufeln im betrachteten Punkt mit der Radebene (E) bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (<x), welchen die Tangente (T) senkrecht zum Radius r in einem beliebigen Punkt (P) in der Schaufelfläche mit der Radebene bildet und die Dicke (d) der Schaufeln mit wachsendem Abstand r des Punktes (P) von der Radachse fMJ kontinuierlich abnehmen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für eine Turbomolekularpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

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 Blechstärke fast in seiner ganzen Fläche durchlässig.

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

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

Für die bisher bekannten, vorhergehend beschriebenen Räder ergibt sich, daß die Beanspruchung durch die Fliehkraft bei Laufräderr mit gefräßtem 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 Kanalbreite kleiner als das Saugvermögen der oben zweitgenannten Radart. Bei der zweiten 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 zweitgenannte Radart nur mit einer entsprechend geringeren Drehzahl betrieben werden, wodurch der Vorteil des an sich höheren Saugvermögens jolcher Räder wieder zum Teil verlorengeht Die dritte, oben beschriebene Radart liegt in ihren Festigkeitseigenschäften noch ungünstiger als die zweite.

Es sind weiterhin aus der DE-PS 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 DE-PS 20 35 063 weiter verbessert und somit höhere Umfangsgeschwindigkeiten ermöglicht, wodurch Saugvermögen und Druckverhältnisse verbessert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Laufrad für eine Turbomolekularpumpe

JO mit einem Schaufelkranz aus schräg zur Radebene angestellten dünnwandigen Schaufeln, das die durch die Formel

2.TI-

tana

sin \

gegebene Bedingung erfüllt, 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 Pauf der Schaufelfläche von der Radachse M, ζ die Anzahl der Schaufeln und α den Winkel der Tangente Tsenkrecht zum Radius an die Schaufeln im betrachteten Punkt zur Radebene E bedeuten, der Winkel λ, 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 r des Punktes von der Radachse ^kontinuierlich abnehmen.

so Anhand der Abbildung wird die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laufrades,
Fig. 2a zeigt einen Teil der Abwicklung des Schaufelkranzes nach Linie S-ßin F i g. 1,

F i g. 2b zeigt einen Teil der Abwicklung des Schaufelkranzes in Abstand rvon der Achse des Rades,

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

ω In den Abbildungen bedeuten 1 den Tragkörper der erfindungsgemäßen Räder und 2 die Schaufeln. Die Dicke der Schaufeln ist mit dbezeichnet, wobei sich der Index j auf den Schaufelgrund und der Index a auf den Schaufelaußendurchmesser bezieht. Sie ändert sich

b5 kontinuierlich mit dem Radius r zwischen Grenzwerten dj und d_a. Die Dicke des Schaufelkranzes, d. h. die axiale Ausdehnung der Schaufeln ist mit a (Fi g. 2b) bezeichnet. Betrachtet man in Abb. 2b einen Punkt P auf einer

Schaufel im Abstand r von der Achse des Rades M, so bildet die Tangente Γ senkrecht zum Radius in diesem Punkt an die Schaufel den Winkel χ mit der Radebene. Der Winkel ist abhängig vom Abstand 5 des Punktes P von der Radachse M. Für jeden Punkt P auf einer Schaufel gilt:

2,-rr

tana

sin»

wobei ζ die Anzahl der Schaufeln im Schaufelkranz ist. Durch diese Ausgestaltung der Schaufeln erreicht man, daß ihr Querschnitt dort, wo die höchste Beanspruchung auftritt, nämlich am Schaufelgrund, vergrößert wird, während das Gewicht der Schaufeln nahezu gehalten wird, weil die Schaufel am Außendurchmesser wesentlich dünner ist Gleichzeitig rückt der Schwerpunkt weiter nach innen, so daß 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 Saugvermögens und des Druckverhältnisses möglich.

Die erfindungsgemäßen 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Laufrad für eine Turbomolekularpumpe mit einem Schaufelkranz aus schräg zur Radebene angestellten dünnwandigen Schaufeln, das die durch die Formel
2.-ΤΓ

tan λ

sin λ