EP2013482B1 - Rotoren oder statoren einer turbomolekularpumpe - Google Patents

Rotoren oder statoren einer turbomolekularpumpe Download PDF

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EP2013482B1
EP2013482B1 EP07728626.8A EP07728626A EP2013482B1 EP 2013482 B1 EP2013482 B1 EP 2013482B1 EP 07728626 A EP07728626 A EP 07728626A EP 2013482 B1 EP2013482 B1 EP 2013482B1
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EP
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rotors
alloy
stators
aluminum
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Rainer Hölzer
Michael Froitzheim
Lars Etschenberg
Ishan Roth
Gernot Fischer
Dieter Sauer
Gregor Terlinde
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Otto Fuchs KG
Leybold GmbH
Original Assignee
Otto Fuchs KG
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/14—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/173—Aluminium alloys, e.g. AlCuMgPb
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49325—Shaping integrally bladed rotor

Definitions

  • the invention relates to rotors or stators of a turbomolecular pump with rotor blades made of a special aluminum alloy.
  • DE 43902274 A1 refers to a vacuum pump, in particular a high-vacuum pump, with a rotor which, together with a stator and optionally a further rotor, forms a lubricant-free pumping chamber through which the gases to be delivered pass; to the or to be able to operate the rotors at increased speeds, it is proposed that the rotor or rotors consist at least partially of an aluminum-lithium alloy.
  • DE 101 03 230 A1 describes rotors in which a part of the rotor blades has a rear side which is convex on the suction side and concave on the pressure side, or that at least part of the Rotor blades has a front side, which is concave on the suction side and convex on the pressure side.
  • disk-shaped segments are machined Span working in a cylindrical solid body, which are then slotted axially spark erosion. In this way, disk-shaped structures per disk segment, which receive a defined angle of attack by a subsequent plastic torsion about the wing longitudinal axis.
  • the DE 100 53 664 A1 describes a mechanical kinetic vacuum pump with a rotor made of an Al alloy; to increase the hot and creep strength, it is proposed that the rotor material is a light metal alloy produced by powder metallurgy, the main alloying constituent of which Aluminum is copper which further contains magnesium, manganese, zirconium and silver, and optionally titanium.
  • WO 2004/003244 A1 describes an Al-Cu-Mg-Mn alloy for the production of semi-finished products with high static and dynamic strength properties. Surprisingly, it has been found that the alloys described here on the one hand have a particularly high degree of heat resistance and, on the other hand, have such high ductility in the cold-aged state that low-cost rotor production is possible by chip removal or thermal removal processes and forming (for example twisting or bending).
  • the invention therefore relates, in a first embodiment, to rotors or stators of a turbomolecular pump having rotor blades of an aluminum alloy, which is characterized in that the alloy comprises an Al-Cu-Mg-Mn-Knet alloy.
  • Multi-stage, one-piece rotors or stators are thus also available with the aid of the present invention, such as rotors or stators, which are composed of individual stages segments.
  • the rotors or stators have a low specific weight with high strength and good processability.
  • the kneading alloys used have a higher static and dynamic heat resistance and improved creep resistance with very good fracture mechanical properties compared to other prior art alloys and are therefore particularly suitable for the rotors or stators of turbomolecular pumps according to the invention.
  • the kneading alloy used according to the invention has an elongation at break of at least 14%, in particular 17 to 20% in the cold-aged state, determined in the tensile test according to DIN EN 10002.
  • wrought alloy in the sense of the invention comprises a special treatment of the alloy used according to the invention, in which the cast structure is converted and "kneaded" by, for example, extrusion, rolling or forging at elevated temperature. becomes. The light metal is thereby ductile. Wrought alloys therefore also allow further cold working such as rolling, drawing or forging (for example, cold forging).
  • the copper content is preferably in the range of 3.8 and 4.2 wt .-% and the magnesium content in the range of 0.45 and 0.6 wt .-%.
  • the copper content is clearly above the maximum solubility for copper in the presence of the claimed magnesium content. This has the consequence that the proportion of insoluble copper-containing phases is very low, even taking into account the other alloying and accompanying elements. This results in an improvement in the dynamic properties and the fracture toughness of the rotors made from such an alloy.
  • the proportion of the claimed kneading alloy in silver is between 0.3 and 0.7% by weight, preferably 0.45 and 0.6% by weight.
  • silicon 0.3 to 0.7 wt .-%, preferably 0.4 to 0.6 wt .-% curing takes place via the same mechanisms as in silver-free Al-Cu-Mg alloys.
  • the precipitation profile is different due to the addition of silver.
  • the rotors made from such an alloy have good hot and creep resistance in cooler conditions; they correspond but not the desired requirements. Only silicon contents from 0.3% by weight suppress the otherwise typical change in the precipitation behavior of Al-Cu-Mg-Ag alloys, so that higher strength values without loss of heat resistance and creep resistance in the Cu and Mg contents can be achieved.
  • the manganese content of the alloy used is 0.1 to 0.5% by weight, preferably 0.2 to 0.4% by weight.
  • the manganese content is limited to 0.5% by weight. In principle, however, manganese is an alloying constituent required for microstructure control.
  • the alloy contains zirconium in an amount of 0.10 to 0.25 wt .-%, in particular 0.14 to 0.2 wt .-%.
  • the secreting zirconium aluminides are generally even more finely dispersed than manganese aluminides. Moreover, it has been shown that the zirconium aluminides contribute to the thermal stability of the alloy.
  • the alloy is added 0.05 to 0.15 wt .-%, preferably 0.10 to 0.15 wt .-% titanium.
  • the titanium is added to the alloy in the form of an Al-5Ti-1B master alloy, whereby the alloy automatically contains boron. This results in finely divided, insoluble titanium diborides. These contribute to the thermal stability of the alloy.
  • the alloy may have a maximum of 0.15% iron, preferably 0.10% iron.
  • the rotors or stators according to the invention of a turbomolecular pump with rotor blades of the above-defined aluminum alloy can be produced, for example, by producing the rotor blades from individual disks or solid bodies by radial separation, which are subsequently formed by forming (for example twisting, bending, embossing, forging, etc.). be made to a desired angle of attack.
  • the production of the desired angle of attack also includes, where appropriate, the production of a defined wing contour.
  • the steps of cutting and forming can also be carried out in one operation, for example by stamping.
  • Separation processes in the sense of the present invention include cutting processes, such as laser or water jet as well as erosion, machining, punching or stamping.
  • the material was in the state "solution-annealed, quenched and cold-aged". In this state he possessed a high formability.
  • the leading edges of the radially symmetrically arranged wing segments are punched out, while the angle of attack of the wings, however, is formed by plastic deformation in the embossing mold.
  • the maximum deformation occurs in the region of the transition of the free rempligelanströmkante to undeformed sheet.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung sind Rotoren oder Statoren einer Turbomolekularpumpe mit Rotorschaufeln aus einer speziellen Aluminiumlegierung.
  • Für den Bau von Rotoren einer Turbomolekularpumpe mit Rotorschaufeln hat sich Aluminium als Konstruktionswerkstoff durchgesetzt, da sich hierdurch die Forderung nach möglichst geringem spezifischen Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit und guter Verarbeitbarkeit am besten vereinen lassen. So ist bereits M. Wutz et. al, Theorie und Praxis der Vakuumtechnik, zweite Aufl., 1982, Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden, Seite 207/208 bekannt, den Rotor oder Stator aus speziell ausgesuchten Aluminiumlegierungen herzustellen.
  • Um leistungsfähige Pumpenrotoren oder -statoren bauen zu können, sind Aluminiumlegierungen mit hoher Warmfestigkeit überwiegend im Einsatz. Rotoren aus derartigen Werkstoffen werden üblicherweise mit Hilfe spanabhebender Verfahren gefertigt, wie sie beispielsweise in DE 10210404 A1 oder DE 29715035 U1 , auf die jeweils in vollem Umfang Bezug genommen wird, beschrieben sind. Insbesondere die Formgebung der Flügelkontur ist dabei zeit-und kostenintensiv.
  • DE 4239391 A1 und WO 03/057187 beschreiben die Herstellung von Rotoren und Statoren von Turbomolekularpumpen aus Aluminium, Reinmagnesium oder Reintitan sowie aus definierten Legierungen.
  • DE 43902274 A1 bezieht sich auf eine Vakuumpumpe, insbesondere Hochvakuumpumpe, mit einem Rotor, der gemeinsam mit einem Stator und gegebenenfalls einem weiteren Rotor einen schmiermittelfreien, von den zu fördernden Gasen durchströmten Förderraum bildet; um den oder die Rotoren mit erhöhten Drehzahlen betreiben zu können, wird vorgeschlagen, dass der bzw, die Rotoren zumindest teilweise aus einer Aluminium-Lithium-Legierung bestehen.
  • DE 101 03 230 A1 beschreibt Rotoren, bei denen ein Teil der Rotorsschaufeln eine Rückseite aufweist, die saugseitig konvex und druckseitig konkav ausgestaltet ist, oder dass zumindest ein Teil der Rotorschaufeln eine Vorderseite aufweist, die saugseitig konkav und druckseitig konvex ausgebildet ist.
  • Bei der Verwendung hochfester Legierungen ist deren geringes Umformungsvermögen zu berücksichtigen. Dies führt dazu, dass die komplette Formgebung von Vollkörpern oder Scheiben mit Hilfe Span abhebender Verfahren erfolgen muss und kostengünstigere Formgebungsverfahren durch plastische Umformung wie Tordieren, Prägen oder Stanzprägen nicht zum Einsatz kommen können.
  • Konkret hat sich bei den mittelfesten Legierungen die Kombination aus Span abhebenden (Drehen, Fräsen) und/oder thermischen Abtragsverfahren (Erodieren) mit Verfahren der plastischen Umformung (Tordieren) als wirtschaftlicheres Herstellverfahren für Rotoren oder Statoren bewährt.
  • Dabei werden zunächst einzelne scheibenförmige Segmente Span abhebend in einen zylindrischen Vollkörper gearbeitet, die anschließend funkenerosiv axial geschlitzt werden. Auf diese Weise entstehen scheibenförmige Strukturen je Scheibensegment, die durch eine nachfolgende plastische Torsion um die Flügellängsachse einen definierten Anstellwinkel erhalten.
  • Die DE 100 53 664 A1 beschreibt eine mechanische kinetische Vakuumpumpe mit einem aus einer Al-Legierung bestehenden Rotor; zur Erhöhung der Warm- und Zeitstandsfestigkeit wird vorgeschlagen, dass der Rotorenwerkstoff eine pulvermetallurgisch hergestellte Leichtmetalllegierung ist, deren Hauptlegierungsbestandteil neben Aluminium Kupfer ist, die weiterhin Magnesium, Mangan, Zirkonium und Silber sowie gegebenenfalls Titan enthält.
  • Durch Verwendung einer neuen hoch- und warmfesten AluminiumKnetlegierung, die im kalt ausgelagerten Zustand eine ungewöhnlich hohe Bruchdehnung aufweist, ist es nun möglich, die oben erwähnten kostengünstigeren Formgebungsverfahren zum Einsatz zu bringen, die bisher nur gering- bis mittelfesten Al-Legierungen vorbehalten waren.
  • In WO 2004/003244 A1 wird eine Al-Cu-Mg-Mn-Legierung zur Herstellung von Halbzeugen mit hohen statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften beschrieben. Überraschenderweise konnte gefunden werden, dass die hier beschriebenen Legierungen einerseits besonders warmfest und andererseits im kaltausgelagerten Zustand eine so hohe Duktilität aufweisen, dass eine kostengünstige Rotorfertigung durch Span abhebende oder thermische Abtragverfahren und Umformen (beispielsweise Tordieren oder Biegen) möglich ist.
  • Die Erfindung betrifft daher in einer ersten Ausführungsform Rotoren oder Statoren einer Turbomolekularpumpe mit Rotorschaufeln aus einer Aluminiumlegierung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Legierung eine Al-Cu-Mg-Mn-Knet-Legierung umfasst.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung sind somit mehrstufige, einteilige Rotoren oder Statoren ebenso erhältlich, wie Rotoren oder Statoren, die aus einzelnen Stufensegmenten zusammengesetzt sind. Die Rotoren oder Statoren weisen ein geringes spezifisches Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit und guter Verarbeitbarkeit auf.
  • Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung weist die eingesetzte Knet-Legierung die folgende Zusammensetzung auf:
    • 0,3 bis 0,7 Gew.-% Silizium (Si),
    • bis zu 0,15 Gew.-% Eisen (Fe),
    • 3,5 bis 4,5 Gew.-% Kupfer (Cu),
    • 0,1 bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn),
    • 0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg),
    • 0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti),
    • 0,1 bis 0,25 Gew.-% Zirkon (Zr),
    • 0,3 bis 0,7 Gew.-% Silber (Ag),
    • bis zu 0,05 Gew.-% andere, einzeln,
    • bis zu 0,15 Gew.-% andere, insgesamt und
    • Rest Gew.-% Aluminium (AI).
  • Die verwendeten Knet-Legierungen weisen gegenüber anderen vorbekannten Legierungen eine höhere statische und dynamische Warmfestigkeit und eine verbesserte Kriechbeständigkeit bei gleichzeitig sehr guten bruchmechanischen Eigenschaften auf und sind daher in besonderem Maße für die erfindungsgemäßen Rotoren oder Statoren von Turbomolekularpumpen geeignet. Insbesondere weist die erfindungsgemäß eingesetzte Knet-Legierung eine Bruchdehnung von mindestens 14 %, insbesondere 17 bis 20 % im kaltausgelagertem Zustand auf, bestimmt im Zugversuch nach DIN EN 10002.
  • Der Begriff der Knetlegierung im Sinne der Erfindung umfasst eine spezielle Behandlung der erfindungsgemäß eingesetzten Legierung, bei der das Gussgefüge durch beispielsweise Strangpressen, Walzen oder Schmieden bei erhöhter Temperatur umgewandelt und "durchgeknetet" wird. Das Leichtmetall wird dadurch duktiler. Knetlegierungen erlauben deshalb auch weitere Kaltverformungen wie beispielsweise Walzen, Ziehen oder auch Schmieden (beispielsweise auch Kaltschmieden).
  • Aus der WO 2004/003244 A1 ist an sich bekannt, dass diese Eigenschaften insbesondere bei einem Kupfer-Magnesium-Verhältnis zwischen 5 und 9,5 insbesondere bei einem Verhältnis zwischen 6,3 und 9,3 erreicht werden.
  • Der Kupfergehalt liegt bevorzugt im Bereich von 3,8 und 4,2 Gew.-% und der Magnesiumgehalt im Bereich von 0,45 und 0,6 Gew.-%. Der Kupfergehalt liegt deutlicht über der maximalen Löslichkeit für Kupfer in Gegenwart des beanspruchten Magnesiumgehaltes. Dies hat zur Folge, dass der Anteil an unlöslichen kupferhaltigen Phasen auch unter Berücksichtigung der übrigen Legierungs- und Begleitelemente sehr gering ist. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung hinsichtlich der dynamischen Eigenschaften und der Bruchzähigkeit der aus einer solchen Legierung hergestellten Rotoren.
  • Im Gegensatz zu im Stand der Technik weiterhin bekannten Aluminiumlegierungen ist der Anteil der beanspruchten Knet-Legierung an Silber mit Gehalten zwischen 0,3 und 0,7 Gew.-%, bevorzugt 0,45 und 0,6 Gew.-%. Im Zusammenspiel mit Silizium (0,3 bis 0,7 Gew.-%, bevorzugt 0,4 bis 0,6 Gew.-%) erfolgt eine Aushärtung über die gleichen Mechanismen wie in silberfreien Al-Cu-Mg-Legierungen. Bei kleineren Siliziumgehalten ist jedoch durch die Silberzugabe der Ausscheidungsverlauf anders. Die aus einer solchen Legierung hergestellten Rotoren weisen zwar gute Warmfestigkeiten und Kriechbeständigkeiten bei kühleren Bedingungen auf; sie entsprechen jedoch nicht den gewünschten Anforderungen. Erst Siliziumgehalte ab 0,3 Gew.-% unterdrücken die ansonsten typische Änderung des Ausscheidungsverhaltens von Al-Cu-Mg-Ag-Legierungen, so dass höhere Festigkeitswerte ohne Einbuße der Warmbeständigkeiten und der Kriechbeständigkeiten bei den Cu- und Mg-Gehalten erzielbar sind.
  • Der Mangangehalt der eingesetzten Legierung beträgt 0,1 bis 0,5 Gew.- % bevorzugt 0,2 bis 0,4 Gew.-%. Bei Legierungen mit höheren Mangangehalten wurden bei einer Langzeit-Hochtemperaturbeanspruchung unerwünschte Ausscheidungsvorgänge gefunden, die zu einer Verringerung der Festigkeit führten. Aus diesem Grund ist der Mangangehalt auf 0,5 Gew.-% begrenzt. Grundsätzlich ist Mangan jedoch ein für die Gefügekontrolle benötigter Legierungsbestandteil.
  • Zum Ausgleich der reduzierten Lücken des Mangans hinsichtlich der Gefügekontrolle enthält die Legierung Zirkon in einer Menge von 0,10 bis 0,25 Gew.-%, insbesondere 0,14 bis 0,2 Gew.-%. Die sich ausscheidenden Zirkon-Aluminide sind in der Regel sogar feindisperser ausgebildet als Mangan-Aluminide. Überdies hat sich gezeigt, dass die Zirkon-Aluminide zur thermischen Stabilität der Legierung beitragen.
  • Zur Kornfeinung ist der Legierung 0,05 bis 0,15 Gew.-%, bevorzugt 0,10 bis 0,15 Gew.-% Titan zugefügt. Zweckmäßigerweise wird das Titan der Legierung in Form einer Al-5Ti-1B-Vorlegierung zugesetzt, wodurch die Legierung automatisch Bor enthält. Daraus bilden sich fein verteilte, nicht lösliche Titandiboride. Diese leisten einen Beitrag zur thermischen Stabilität der Legierung.
  • Als unvermeidbare Verunreinigung kann die Legierung maximal 0,15 % Eisen, bevorzugt 0,10 % Eisen aufweisen.
  • Die erfindungsgemäßen Rotoren oder Statoren einer Turbomolekularpumpe mit Rotorschaufeln aus der oben definierten Aluminiumlegierung können beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass man aus einzelnen Scheiben oder Vollkörpern die Rotorschaufeln durch radiales Trennen erzeugt, die anschließend durch Umformen (beispielsweise Tordieren, Biegen, Prägen, Schmieden usw.) auf einen gewünschten Anstellwinkel hergestellt werden. Die Herstellung des gewünschten Anstellwinkels umfasst dabei auch gegebenenfalls die Herstellung einer definierten Flügelkontur. Alternativ können die Schritte des Trennens und des Umformens auch in einem Arbeitsgang, beispielsweise durch Stanzprägen durchgeführt werden.
  • Die Arbeitsschritte dieses Verfahrens an sich sind bekannt, waren jedoch bisher auf gering- und mittelfeste Aluminiumlegierungen beschränkt, da nur diese das erforderliche Umformungsvermögen aufweisen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist dieses Verfahren jedoch auch auf die definierten hochfesten Aluminiumlegierungen anwendbar.
  • Üblicherweise geht man beim Umformen von scheibenförmigen Flügelstufen aus, bei denen zuvor durch radiales Trennen einzelne Flügelsegmente erzeugt werden. Trenn-Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen Schneidverfahren, wie Laser oder Wasserstrahl sowie Erodieren, Spanen, Stanzen oder Stanzprägen.
  • Durch die Kombination von Span abhebender Formgebung mit Verfahren der plastischen Umformung lassen sich die Herstellungskosten der Rotoren oder Statoren reduzieren.
    • Ausführungsbeispiele: Beispiel 1: Herstellung der Flügelanstellung von Pumpenrotoren einer TMP durch Umformen
  • Aus einem zylindrischen Vollkörper der Legierung AA 2016 (siehe WO 2004/003244 ) wurden konzentrisch übereinander angeordnet scheibenförmige Segmente entsprechend der gewünschten Anzahl an Pumpstufen Span abhebend herausgearbeitet. Hierdurch entstand ein rotationssymmetrischer Körper, der aus übereinander angeordneten, scheibenförmigen Rippen bestand, die im Nabenbereich miteinander verbunden waren. Die Rippendicke entsprach der späteren Flügeldicke. Jede Rippenscheibe wurde nun in axialer Richtung bis in die Nähe der Nabe in regelmäßigen Abständen über den Umfang geschlitzt, wodurch einzelne Flügelsegmente entstanden.
  • Der Werkstoff lag dabei im Zustand "lösungsgeglüht, abgeschreckt und kalt ausgelagert" vor. In diesem Zustand besaß er ein hohes Umformvermögen.
  • In demselben Zustand wurden nun die Flügelsegmente um ihre Längsachse tordiert. Die Tordierung erfolgte dabei mit einem gabelförmigen Greifarm, der ein betreffendes Flügelsegment bis nahe an den Flügelfuß umfasste und dann eine Torsionsbewegung um die Flügellängsachse bis zu dem gewünschten Anstellwinkel ausführte. Das Flügelsegment erfuhr dabei eine plastische Umformung im flügelfußnahen Bereich. Auf diese Weise waren Torsions- oder Anstellwinkel von etwa 45 [ °] zur Ausgangsposition leicht erreicht worden, ohne dass Anrisse im Flügelfußbereich zu beobachten waren.
  • Mit herkömmlichen warmfesten Al-Legierungen sind solche Winkel nicht zu erreichen.
  • Zur Erlangung der für den späteren Betrieb erforderlichen Festigkeit erfolgte eine Warmauslagerung zum Erreichen der maximalen Festigkeit entsprechend Zustand T6.
    • Beispiel 2: Stanzprägen von Statorscheiben
  • Aus Al- Blechen des in Beispiel 1 genannten Werkstoffs werden Statorscheiben durch Stanzprägen wie folgt hergestellt:
    • Halbkreisförmige Ringsegmente werden aus AI-Blechen in Dicken zwischen 0,5 und 1,0 [mm] ausgestanzt. Zustand der Bleche: "lösungsgeglüht, abgeschreckt und kalt ausgelagert".
  • Diese Ringsegmente werden nun in eine Stanz-Prägeform eingelegt, die durch Pressen der Gegenform auf diese Stanz-Prägeform die Flügelkontur herausarbeitet.
  • Dabei werden die Anströmkanten der radialsymmetrisch angeordneten Flügelsegmente herausgestanzt, während der Anstellwinkel der Flügel hingegen durch plastische Umformung in der Prägeform entsteht. Die maximale Umformung tritt dabei im Bereich des Übergangs der freien Flügelanströmkante zum unverformten Blech ein.
  • Zur Erlangung der für den späteren Betrieb erforderlichen Festigkeit erfolgt die Warmauslagerung auf maximale Festigkeit entsprechend Zustand T6.

Claims (2)

  1. Rotoren oder Statoren einer Turbomolekularpumpe mit Rotorschaufeln aus einer Aluminiumlegierung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Legierung eine Al-Cu-Mg-Mn-Knet-Legierung umfasst.
  2. Rotoren oder Statoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Knet-Legierung mit folgender Zusammensetzung umfassen:
    0,3 bis 0,7 Gew.-% Silizium (Si)
    bis zu 0,15 Gew.-% Eisen (Fe)
    3,5 bis 4,5 Gew.-% Kupfer (Cu)
    0,1 bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn)
    0,3 bis 0,8 Gew.-% Magnesium (Mg)
    0,05 bis 0,15 Gew.-% Titan (Ti)
    0,1 bis 0,25 Gew.-% Zirkon (Zr)
    0,3 bis 0,7 Gew.-% Silber (Ag)
    bis zu 0,05 Gew.-% andere, einzeln
    bis zu 0,15 Gew.-% andere, insgesamt
    Rest Gew.-% Aluminium (Al).
EP07728626.8A 2006-04-29 2007-04-27 Rotoren oder statoren einer turbomolekularpumpe Not-in-force EP2013482B1 (de)

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EP (2) EP2013483B1 (de)
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DE (1) DE502007003011D1 (de)
RU (2) RU2455529C2 (de)
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