DE2923632A1

DE2923632A1 - Verfahren zur herstellung eines schaufelkranzes fuer den rotor einer tubomolekularpumpe und mit schaufelkraenzen dieser art ausgeruesteter rotor

Info

Publication number: DE2923632A1
Application number: DE19792923632
Authority: DE
Inventors: Guenter Schuetz; Edgar Dipl Ing Usselmann
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1980-12-18
Also published as: GB2052317B; JPS56593A; JPS649475B2; GB2052317A; CH646229A5; FR2458351B1; FR2458351A1

Description

79.006

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Verfahren zur Herstellung eines Schaufelkranzes für den Rotor einer Turbomolekularpumpe und mit Schaufelkränzen dieser Art ausgerüsteter Rotor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelkranzes für den Rotor einer Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse gedreht werden, daß die Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen mit Schaufelkränzen dieser Art ausgerüsteten Rotor.

Die Herstellung von Schaufelkränzen in der genannten Weise ist z. B. aus "Vakuumtechnik", 23. Jahrgang, Heft 4, Seiten 109 ff., bekannt. Einerseits sollen dabei die Schaufeln möglichst dünn sein, damit sie leicht verdreht werden können und damit ihre Stirnflächen möglichst klein sind. Bezogen auf die Schaufelfläche selbst haben nämlich diese Stirnflächen einen darauf senkrecht stehenden "Anstellwinkel". D. h., daß alle Moleküle, die auf diese Stirnfläche treffen, einen der gewünschten und von der Schaufelfläche selbst bewirkten Förderrichtung entgegengerichteten Impuls erhalten. Dieser unerwünschte Einfluß der Stirnflächen ist umso größer, je dicker die Schaufeln sind.

Andererseits dürfen in der genannten Weise hergestellte Schaufeln nicht zu dünn sein, damit sie bei den

030051/0241

-A-

auftretenden hohen Drehzahlen eine ausreichende Festigkeit haben. Darüber hinaus haben durch Sägen und anschließendes Verdrehen hergestellte Schaufeln eine radial nach außen zunehmende Breite und damit Masse, was an die Festigkeit zusätzliche Anforderungen stellt. Schließlich dürfen die der Herstellung der Schaufelkränze dienenden Scheiben auch deshalb nicht zu dünn sein, weil sie z. B. bei einer einseitigen Bearbeitung zu Schwingungen angeregt werden können, die eine zuverlässige Bearbeitung beeinträchtigen.

Bei allen vorbekannten Turbomolekularpumpen, deren Rotoren nach dem eingangs genannten Verfahren hergestellte Schaufelkz'änze aufweisen, ist zwischen diesen einander widersprechenden Forderungen hinsichtlich der Schaufelstärke ein Kompromiß gewählt worden, der die Pumpeigenschaften der Turbomolekularpumpe maßgeblich bestimmt.

Bei einer anderen Gattung von Turbomolekularpumpen erfolgt die Herstellung der Schafelkränze allein durch die Anbringung von schrägen Schlitzen in den Randbereichen von Rotorscheiben (vgl. z. B. die schweizerische Patentschrift 532 199). Ein solches Herstellungsverfahren vermeidet zwar Stirnflächen mit falschem "Anstellwinkel" an den Schaufeln; im übrigen ist es aber wesentlich teurer als das Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Schaufelkranzes für den Rotor einer Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse gedreht werden, daß die

030051/0241

Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden, derart zu verbessern, daß die Turbomolekularpumpen, deren Rotoren nach diesem Verfahren hergestellte Schaufelkränze aufweisen, wesentlich bessere Pumpeigenschaften haben als bisher. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die der Herstellung der Schaufelkränze dienende Scheibe vor dem Sägen der Radialschlitze derart bearbeitet wird, daß sie eine radial nach außen kontinuierlich oder stufenförmig - abnehmende Stärke hat. Ein Rotor mit in dieser Weise hergestellten Schaufelkränzen kann mit wesentlich höheren Drehzahlen, d. h. mit wesentlich höheren Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden, da wegen der radial nach außen abnehmenden Stärke der Schaufeln auch deren Masse nach außen abnimmt. Dadurch erhält eine mit einem solchen Rotor ausgerüstete Turbomolekularpumpe ein wesentlich besseres Saugvermögen und eine höhere Kompression, besonders für leichte Gase, wie z. B. H2. Gerade in den äußeren Bereichen, in denen die Umfangsgeschwindigkeit besonders hoch ist, ist die Schaufelstärke und damit die störende Stirnfläche klein, was ebenfalls für die Pumpeigenschaften von Vorteil ist. Vorzugsweise hat der Schaufelkranz im Nabenbereich eine um den Faktor 5 bis größere Stärke als im Randbereich. Als vorteilhaft hat sich bei einem Scheibendurchmesser von ca, 18 cm eine von ca, 5 mm auf ca. 0,5 mm abnehmende Stärke erwiesen.

Ein Rotor für eine Turbomolekularpumpe weist in der Regel mehrere übereinanderliegende Schaufelkränze auf, deren Schaufeln häufig abschnittsweise unterschiedliche Länge und/oder unterschiedliche Anstellweinkel haben, und zwar derart, daß Anstellwinkel und/oder Schaufellänge von der Hochvakuumseite zur Vorvakuumseite hin abnehmen. Ein Rotor mit erfindungsgemäß hergestellten Schaufelkränzen

3 0 0 5 1/0241

kann deshalb ζ. Β, so hergestellt werden, daß zunächst voneinander unabhängige Scheiben mit den gewünschten Schaufelkränzen hergestellt werden und diese Scheiben anschließend in der gewünschten Reihenfolge zusammengefügt werden. Besonders vorteilhaft ist es aber, einen solchen Rotor aus dem Vollen herzustellen. Dazu wird ein zylindrischer, z. B. aus Aluminium bestehender Block zunächst mit senkrecht zur Achse liegenden Ausnehmungen versehen, und zwar derart, daß aus den verbliebenen Rippen die Schaufelkränze hergestellt werden können. Dieser Schritt der Herstellung der Ausnehmungen z, B. durch Drehen kann gleichzeitig derart erfolgen, daß die verbliebenen Abschnitte eine radial nach außen abnehmende Stärke haben. Danach erfolgt in an sich bekannter Weise die Bildung der Schaufeln durch Sägen und Verdrehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen für nach der Erfindung hergestellte Schaufelscheiben bzw. für einen nach der Erfindung hergestellten Rotor erläutert werden.

In Figur 1 ist eine Schaufelscheibe 1 dargestellt, deren Stärke im Randbereich 2 kontinuierlich abnimmt. Die Stärke der Nabe 3 mit der Achse 4 ist so gewählt, daß durch übereinanderlegen und gegenseitiges Befestigen solcher Scheiben ein Rotor für eine Turbomolekular-Vakuumpumpe gebildet werden kann.

Die Figur 2 zeigt eine Rotorscheibe, deren Stärke nicht koninuierlich, sondern in drei Stufen 5, 6 und 7 radial nach außen abnimmt.

030051 /0241

*7 _

In Figur 3 ist ein Teil einer in dieser Weise ausgebildeten Scheibe 1 in Draufsicht dargestellt. Diese Figur zeigt weiterhin einige Radialschlitze 9, die z. B. durch Sägen erzeugt werden können. Die zwischen den Schlitzen 9 verbliebenen Abschnitte 10 werden um ihre radialen Mittelachsen gedreht und bilden dadurch die gewünschten schaufeln. Je nach Lage der Rotorscheibe in bezug auf die Hochvakuum-Seite können Schaufeln mit unterschiedlicher Länge, Anstellwinkel oder Breite erwünscht sein. Länge und Breite der Schaufeln können durch die Länge bzw. Tiefe und den Abstand der Schlitze 9 bestimmt werden. Unterschiedliche Anstellwinkel werden durch unterschiedliches Verdrehen erzeugt. Schließlich kann es insbesondere auf der Hochvakuumseite eines Rotors erwünscht sein, daß der Abstand der Schaufeln voneinander möglichst groß ist. Das kann durch breitere Sägeblätter für das Sagen der Schlitze 9 erreicht werden.

Figur 4 zeigt einen aus dem Vollen hergestellten, noch nicht fertigen Rotor 11 nach der Erfindung. Dazu wurde ein zylindrischer Aluminiumblock mit radialen Ausnehmungen 12 versehen, die einen solchen Abstand und eine solche Tiefe haben, daß aus den dazwischen verbliebenen Teilen 13 die Schaufeln in der erfindungsgemäßen Weise hergestellt werden können. Dazu wird den Teilen 13 entweder direkt bei der Bildung der Ausnehmungen 12 durch Drehen oder nachträglich durch einen besonderen Bearbeitungsschritt mittels Drehmeißeln die radial nach außen abnehmende Stärke gegeben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist wieder eine stufenförmig abnehmende

030051 /0241

Stärke der Schaufelkränze gewählt worden. Danach erfolgt in der bereits zu den Figuren 2 und 3 beschriebenen Weise das Sägen und Verdrehen der Außenbereiche der Teile 13, so daß ein einstückiger Rotor 11 entsteht.

Ein nach der Erfindung hergestellter Rotor für eine Turbomolekular-Vakuumpumpe kann - verglichen mit einem Rotor nach dem Stand der Technik, also mit Schaufeln gleichbleibender Stärke - mit bis zu 40 % höheren Drehzahlen betrieben werden. War z. B. ein aus Aluminium bestehender Rotor nach dem Stand der Technik für 42.000 U/min ausgelegt, dann kann er - falls er nach der Erfindung hergestellt wird - mit ca, 59.000 U/min betrieben werden. Dadurch ergeben sich wesentliche Erhöhungen der Kornpressionswerte und ein verbessertes Saugverinögen vor allem für leichte Gase.

030051/0241

COPY

Claims

79.006 ANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung eines Schaufelkranzes für den Rotor einer Turbomolekularpumpe, bei dem eine Scheibe zunächst in ihrem Randbereich mit radialen Schlitzen versehen wird und die verbliebenen Abschnitte derart um ihre radiale Mittelachse verdreht werden, daß die Abschnitte die gewünschten Schaufeln bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die der Herstellung der Schaufelkränze dienende Scheibe (1, 13) vor dem Sägen der Radialschlitze (9) derart bearbeitet wird, daß sie eine radial nach außen kontinuierlich oder stufenförmig abnehmende Stärke hat.
2. Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Schaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1) mit den Schaufelkränzen zunächst einzeln hergestellt und nachträglich zu einem Rotor zusammengefügt werden.
3. Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Schaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest abschnittsweise mit mehreren Schaufelkränzen aus dem Vollen gedreht wird.
4. Nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3 hergestellter Rotor für eine Turbomolekular-Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaufelkränze bildenden Schaufeln eine radial nach außen kontinuierlich oder stufenförmig abnehmende Stärke haben.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln im Nabenbereich eine um den Faktor 5 bis 15 größere Stärke aufweisen als im Randbereich.

030051/0241 ORIGINAL INSPECTED
6. Rotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einstückig ist.
7. Rotor nach Anspruch 4,- 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln unterschiedlicher Schaufelkränze hinsichtlich Abstand, Breite, Länge und Anstellwinkel unterschiedlich sind.

030051/0241