EP1201928A2 - Scheiben für eine Turbomolekularpumpe - Google Patents

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EP1201928A2 EP01122335A EP01122335A EP1201928A2 EP 1201928 A2 EP1201928 A2 EP 1201928A2 EP 01122335 A EP01122335 A EP 01122335A EP 01122335 A EP01122335 A EP 01122335A EP 1201928 A2 EP1201928 A2 EP 1201928A2
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Definitions

  • the invention relates to disks for a turbomolecular pump according to the preamble of the 1st claim.
  • a turbomolecular pump is made up of rotor and stator disks, which alternate are arranged one behind the other and have blade rings.
  • the Pumping action is based on the impulses in the blades of the rotor disks Pump direction are transferred to the molecules of the gas to be pumped.
  • the two essential pump properties namely pumping speed and pressure ratio, depend strongly on the speed of the rotor disks.
  • the pumping speed increases linear with the speed and the pressure ratio even exponentially.
  • the rotor speed must be as high as possible his. This places high demands on the blades of the rotor disks their geometry, mechanical strength and stability.
  • Another criterion for optimal pump properties is the optical tightness of the individual slices. This creates a backflow within the disc package prevented in the axial direction.
  • the milled disks are made of aluminum because this material well suited for milling. In many applications, it becomes when using turbomolecular pumps required to pump corrosive gases. Because aluminum is not resistant is against corrosion, the disks produced in this way can only be used after going through an appropriate surface treatment have been made corrosion-resistant. This will make the Buckets more complex and expensive.
  • the disks thus produced by punching and bending out the blades have the serious disadvantage that they are not optically dense. This leads to high backflow losses within the pump.
  • Another disadvantage is that the Total mass of the blades of a disc is relatively large, based on the radial Surface of the support ring. As a result, this is highly stressed by the centrifugal force, what again the speed of the pump and thus its performance is limited.
  • the invention is based on the task, disks for turbomolecular pumps to develop which do not have the disadvantages described above.
  • the disks should consist of corrosion-resistant material and can be produced with little effort and inexpensively.
  • the optical Tightness should be largely guaranteed and the stress caused by centrifugal force should be kept within such limits, within which the pump with maximum Speed can be operated safely.
  • the disks according to the invention make it possible to manufacture them in a corrosion-resistant manner
  • Use materials that make up the gas producing structure by punching slots and unscrewing the blades from the disc plane is formed.
  • the joining of several partial disks leads to the optical one Tightness of the entire disc, causing backflow both inside a disc as well as within the entire disc package can be prevented.
  • this construction allows the individual indexing disks with fewer blades to be equipped as a one-piece disc in order to achieve optical tightness.
  • FIGS. 1-3 With the aid of FIGS. 1-3, the invention is to be illustrated using the example of one made of two partial disks existing disc for mounting on a rotor shaft are explained in more detail.
  • Fig. 1 shows the two pulleys 11 and 12.
  • the blades 31 and 32 arranged at an angle to the disc plane are designed to form a gas-producing structure. Between the blades there are openings in the form of radially extending slots 41 and 42.
  • the two partial disks are combined to form a disk 1 in FIG. 3.
  • the Fig. 2 shows an intermediate stage in which the two partial disks 11 and 12 already close to each other, but not yet connected. 3 are the the two part disks are joined together with the aid of the link plates 51 and 52. It arises thus a disc 1 with the inner support ring 2 and at an angle to the disc plane arranged blades 3. Between these are the openings in Form of radially extending slots 4.
  • the blades 3 are made of the Blades 31, 32 of the dividing discs 11, 12 assembled and designed so that they are in are optically tight in the axial direction.
  • the dividing disks 11, 12 are made of sheet metal bodies formed and the blades 31, 32 are made by punching and then unscrewing generated from the disk plane.
  • rotor disks consisting of two partial disks were shown. Likewise, more than two partial disks can be combined to form an entire disk become. Stator disks can also be used within the scope of the invention be composed of the same kind. The blades are then usually located in the radial direction within the support ring.

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Abstract

Die Erfindung stellt Scheiben (1) für Turbomolekularpumpen vor, die aus einzelnen Teilscheiben (11, 12) bestehen. Diese Teilscheiben sind als Blechkörper ausgebildet, wobei die Schaufeln (31, 32) durch Stanzen und anschließendes Herausdrehen aus der Scheibenebene gebildet wurden. Die Teilscheiben werden so zusammengefügt, dass diese durch die Schaufeln (31, 32) und Schlitze (41, 42) eine gasfördernde Struktur mit optischer Dichtheit bilden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Scheiben für eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Anspruches.
Eine Turbomolekularpumpe ist aus Rotor- und Statorscheiben aufgebaut, die abwechselnd hintereinander angeordnet sind und Schaufelkränze aufweisen. Die Pumpwirkung beruht darauf, dass durch die Schaufeln der Rotorscheiben Impulse in Pumprichtung auf die Moleküle des zu pumpenden Gases übertragen werden. Die beiden wesentlichen Pumpeigenschaften, nämlich Saugvermögen und Druckverhältnis, hängen stark von der Drehzahl der Rotorscheiben ab. Das Saugvermögen steigt linear mit der Drehzahl an und das Druckverhältnis sogar exponentiell. Um eine optimale Pumpwirkung zu erreichen, muss die Drehzahl des Rotors möglichst hoch sein. Dadurch werden hohe Anforderungen an die Schaufeln der Rotorscheiben betreffend ihrer Geometrie, mechanischen Festigkeit und Stabilität gestellt.
Eine weitere Voraussetzung für optimale Pumpeigenschaften ist eine minimale Dicke der Schaufeln. Neben dem Vorteil eines großen Durchtrittsquerschnittes für das zu pumpende Gas, wodurch das Saugvermögen gesteigert wird, spielen hier Festigkeitsüberlegungen eine Rolle. Wegen der angestrebten hohen Drehzahl muss die Fliehkraft, die auf die Schaufeln, den Schaufelgrund und auf den Innendurchmesser der Rotorscheiben wirkt, auf ein Minimum begrenzt werden.
Ein weiteres Kriterium für optimale Pumpeigenschaften ist die optische Dichtheit der einzelnen Scheiben. Dadurch wird eine Rückströmung innerhalb des Scheibenpaketes in axialer Richtung verhindert.
Bisher sind im wesentlichen zwei Arten von Scheiben für Turbomolekularpumpen bekannt. Die eine ist aus einer massiven Scheiben hergestellt, in welcher zur Scheibenebene schräge, radial verlaufende Schlitze eingefräst sind. Die andere ist aus Blech gefertigt, wobei durch Stanzen und Herausbiegen von Teilen der Scheibenfläche aus der Scheibenebene Schaufeln gebildet werden.
Die gefrästen Scheiben werden aus Aluminium hergestellt, da dieser Werkstoff sich gut zum Fräsen eignet. In vielen Anwendungsfällen wird es beim Einsatz von Turbomolekularpumpen erforderlich, korrosive Gase zu fördern. Da Aluminium nicht beständig gegen Korrosion ist, können die so hergestellten Scheiben in diesen Fällen nur eingesetzt werden, nachdem sie durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung korrosionsbeständig gemacht wurden. Dadurch wird die Herstellung der Schaufeln aufwendiger und teurer.
Andere Werkstoffe, z. B. hochfester korrosionsbeständiger Stahl, eignen sich wiederum schlecht zum Fräsen. Sie sind aber in Form von Blechen stanz- und verformbar.
Die so durch Stanzen und Herausbiegen der Schaufeln hergestellten Scheiben weisen den gravierenden Nachteil auf, dass sie nicht optisch dicht sind. Dies führt zu hohen Rückströmverlusten innerhalb der Pumpe. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Gesamtmasse der Schaufeln einer Scheibe relativ groß ist, bezogen auf die radiale Fläche des Tragringes. Dadurch wird dieser durch die Fliehkraft hoch belastet, was wiederum die Drehzahl der Pumpe und somit ihre Leistungsfähigkeit begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, Scheiben für Turbomolekularpumpen zu entwickeln, welche die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere sollen die Scheiben aus korrosionsbeständigem Material bestehen und mit wenig Aufwand und kostengünstig hergestellt werden können. Die optische Dichtheit soll weitgehend gewährleistet sein und die Belastung durch die Fliehkraft soll in solchen Grenzen gehalten werden, innerhalb derer die Pumpe mit maximaler Drehzahl sicher betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch die erfindungsgemäßen Scheiben wird es möglich, zu deren Herstellung korrosionsbeständige Materialien zu verwenden, aus denen die gasfördernde Struktur durch Einstanzen von Schlitzen und Herausdrehen der Schaufeln aus der Scheibenebene gebildet wird. Das Zusammenfügen von mehreren Teilscheiben führt zur optischen Dichtheit der gesamten Scheibe, wodurch Rückströmungen sowohl innerhalb einer Scheibe als auch innerhalb des gesamten Scheibenpaketes verhindert werden. Zudem erlaubt diese Konstruktion, die einzelnen Teilscheiben mit weniger Schaufeln auszustatten als eine einstückige Scheibe, um die optische Dichtheit zu erlangen.
Dadurch wird bei Rotorscheiben die Belastung durch Fliehkraft auf den Schaufelgrund und den Tragring auf ein Minimum begrenzt, so dass durch höhere Drehzahl optimale Pumpeigenschaften erreicht werden können. Gegenüber gefrästen Schaufeln besteht der Vorteil, das die gestanzten Schaufeln deutlich dünner sind und so durch einen größeren Durchtrittsquerschnitt bessere Pumpeigenschaften aufweisen. Auch dieser Tatbestand trägt zur geringeren Belastung durch Fliehkraft bei.
Anhand der Figuren 1 - 3 soll die Erfindung am Beispiel einer aus zwei Teilscheiben bestehenden Scheibe zur Montage auf einer Rotorwelle näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt die beiden Teilscheiben 11 und 12. Dabei sind die Tragringe mit 21 und 22 bezeichnet. Die schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln 31 und 32 sind so gestaltet, dass sie eine gasfördernde Struktur bilden. Zwischen den Schaufeln befinden sich Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen 41 und 42. Die beiden Teilscheiben werden zu einer Scheibe 1 in Fig. 3 zusammengefügt. Die Fig. 2 zeigt ein Zwischenstadium, in dem die beiden Teilscheiben 11 und 12 schon nahe beieinander, jedoch noch nicht miteinander verbunden sind. In Fig. 3 sind die beiden Teilscheiben mit Hilfe der Fügelaschen 51 und 52 zusammengefügt. Es entsteht somit eine Scheibe 1 mit dem inneren Tragring 2 und den schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln 3. Zwischen diesen befinden sich die Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen 4. Die Schaufeln 3 sind derart aus den Schaufeln 31, 32 der Teilscheiben 11, 12 zusammgesetzt und gestaltet, dass sie in axialer Richtung optisch dicht sind. Die Teilscheiben 11, 12 sind aus Blechkörpern gebildet und die Schaufeln 31, 32 werden durch Stanzen und anschließendes Herausdrehen aus der Scheibenebene erzeugt.
In dem Beispiel wurden Rotorscheiben, bestehend aus zwei Teilscheiben, dargestellt. Ebenso können mehr als zwei Teilscheiben zu einer gesamten Scheibe zusammengefügt werden. Auch Statorscheiben können im Rahmen der Erfindung in der gleichen Art zusammengesetzt sein. In der Regel befinden sich dann die Schaufeln in radialer Richtung innerhalb des Tragringes.

Claims (3)

  1. Scheiben (1) für eine Turbomolekularpumpe, welche mit einem Tragring (2) sowie mit in einer ringförmigen Zone schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln (3) versehen sind und so Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen (4) zwischen den Schaufeln aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren in axialer Richtung zusammengefügten Teilscheiben (11, 12) bestehen und diese so zusammengefügt sind, dass jeweils die Schaufeln (31, 32) einer Teilscheibe die Schlitze (41, 42) der folgenden Teilscheibe ganz oder teilweise abdecken.
  2. Scheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (11, 12) so zusammengefügt werden, dass sie in axialer Richtung optisch dicht sind.
  3. Scheiben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (11, 12) als Blechkörper ausgebildet sind und die Schaufeln (31, 32) durch Stanzen und anschließendes Herausdrehen aus der Scheibenebene gebildet wurden.
EP01122335A 2000-10-24 2001-09-19 Scheiben für eine Turbomolekularpumpe Revoked EP1201928B1 (de)

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