EP3091235A1 - Rotor disc - Google Patents
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- EP3091235A1 EP3091235A1 EP15166269.9A EP15166269A EP3091235A1 EP 3091235 A1 EP3091235 A1 EP 3091235A1 EP 15166269 A EP15166269 A EP 15166269A EP 3091235 A1 EP3091235 A1 EP 3091235A1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- 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
- F04D29/324—Blades
Definitions
- the present invention relates to a rotor disk for a rotor of a vacuum pump and to a method for producing such a rotor disk.
- An exemplary turbomolecular vacuum pump comprises a rotor with a rotor shaft on which a plurality of rotor disks are arranged axially offset or on which exactly one rotor disk is arranged.
- a respective rotor disk has a plurality of blades arranged distributed in the circumferential direction.
- vacuum performance values e.g. Suction capacity and compression ratio, which are as constant as possible over the radial extent of each blade
- the blades each tapered radially outward, i. conical, to execute. That the blade is radially thicker inside and gradually thinner radially outward.
- the production of a rotor disk with such shaped blades is expensive and it is costly machine tools and tools necessary.
- a rotor disk with the features of claim 1, and in particular by the fact that at least one blade has a thickness profile with at least one two sections of the blade separating step.
- a rotor disk according to the invention can be produced particularly easily. Because if a stepped thickness profile is allowed, the trajectories of a machining tool and the type of tool itself can be clear be simplified. For example, in one possible embodiment of the invention, the blade can thereby be produced by merely one-dimensional processing steps, ie a tool is moved only along a straight path in one processing step. As a result, it is possible to replace, for example, an otherwise completely three-dimensional machining path, which requires complicated and costly machining machines with many processing degrees of freedom.
- the invention therefore means a departure from the idea that only rotor disks with continuously or steadily tapering blades could achieve sufficient vacuum performance values, with the overcoming of this prejudice according to the invention entailing considerable savings potential in the manufacture of the rotor disks.
- the number of stages according to the invention is basically arbitrary.
- a larger number of stages for example, a shape of the blade that tapers radially outward, at least theoretically, can be approximated to a somewhat ideal shape.
- the inventive advantage of easy manufacturability is still ensured, even if a larger number of stages is associated with a greater manufacturing outlay.
- all blades of the rotor disk are made identical, but this is not mandatory.
- the thickness profile is defined by opposing flat sides of the blade.
- a flat side may have at least one of its normal axial, i. have parallel to a rotational axis of the rotor disc, component.
- a respective flat side differs from a narrow side of the blade, which is e.g. extends perpendicular to the axis of rotation.
- Narrow side and flat side differ from at least one end face of a blade, which may constitute a boundary of the blade in the radial direction radially outward.
- transitions between flat sides, narrow sides and the front side are not necessarily unsteady, that is, for example, as sharp edges, executed, such an embodiment according to the invention but is possible.
- the step is formed on one of the flat sides and between a radially inner thicker portion and a radially outer thinner portion of the blade.
- the blade has a thickness which decreases radially outward, this decrease not being continuous but being stepped.
- At least one of the flat sides may be flat. This further simplifies the manufacturing process.
- the thickness is constant in particular over a radial extent of the respective section. This, too, further simplifies the manufacturing process, e.g. when machining a degree of freedom of the machine can be omitted.
- the two sections of the blade can each have a parallelogram-shaped cross-section.
- the cross section may also be of a parallelogram shape differ.
- the cross section may, for example, be rectangular, trapezoidal or irregularly triangular or polygonal and / or have round boundary lines.
- a cross-section here is to be understood as a section through the blade perpendicular to a radius of the rotor disk.
- the blade is inclined relative to an at least substantially perpendicular to a rotation axis extending plane, each section having an angle of attack and the angle of attack of the radially inner portion is greater than the angle of attack of the radially outer portion.
- the blade may be "twisted” in itself, whereby a continuous “in-itself twisting" can be approximated and replaced by a stepped one in order to further simplify the manufacturing process and still ensure sufficiently good performance of the vacuum pump.
- the angle of attack is considered in the context of this disclosure, the angle with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation.
- the step comprises at least one chamfer and / or rounding. As a result, sharp edges can be avoided and / or the stability of the blade can be improved.
- a vacuum pump in particular turbomolecular pump, with at least one multiple, superimposed, mounted on a rotor shaft rotor disks or exactly a separate, mounted on a rotor shaft rotor disk rotor in which at least one rotor disk is formed in accordance with the invention.
- the object is further achieved by a method for producing a rotor disk for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with at least one plurality of separate, superposed, mounted on a rotor shaft rotor disks or exactly one separate, on a rotor shaft rotors comprising rotor disc, or for producing such a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, wherein the rotor disc is produced in one piece from a disk made of solid material, and wherein on the disc by material removal a plurality of circumferentially distributed arranged blades is formed, and wherein at least one Scoop is provided with a radially inwardly extending from the outside thickness profile having at least one two sections of the blade separating stage.
- the disk may in particular be designed as a circular or cylindrical disk and may, alternatively or additionally, already before the formation of the blade have a central, in particular circular opening, which may be e.g. the implementation of a rotor shaft is used.
- the material removal may involve machining such as e.g. Sawing or milling include, but can also be performed differently.
- machining operation is carried out, which involves that the tool is driven into the disk with a radial component.
- the tool is driven into the disk with a radial component.
- the processing in this case requires only two degrees of freedom, whereby a machine for the production is particularly cost.
- the tool with an axial component corresponding to an angle of attack of the blade can be passed through the disc. Again, the disc can be easily rotated to produce the next blade. If, according to one embodiment, the tool comprises at least one circular saw blade, this results in the advantage that the Machining reason, so the area corresponding to a radial machining depth, can be formed straight.
- the tool may comprise a double or twin tool with two simultaneously effective, spaced apart individual tools.
- the individual tools may e.g. rotate, be coupled with each other, be torsionally rigid or rotatably connected to each other, be connected via a transmission, have parallel axes of rotation and / or have coincident axes of rotation.
- a tool, in particular a single tool can e.g. a saw, a saw blade, a milling cutter, a double saw, a twin saw and / or the like in each case in single or multiple include.
- the distance of the individual tools can determine a thickness of a respective section of the blade, wherein for the production of sections of different thickness the distance can be adjustable and / or tools can be kept at different distances between the individual tools.
- the individual tools are arranged in parallel to produce blade sections with over their radial extent of constant thickness.
- Parallel may be e.g. refer to an optionally present rotation axis of the respective individual tool, to a working surface of the individual tool and / or to an extension direction or plane of the individual tool.
- a plurality of machining operations are carried out in chronological succession to form the individual sections of a respective blade, wherein the machining operations differ from one another with regard to a radial machining depth.
- a step of the thickness profile can be formed at a respective radial machining depth or by a respective radial machining depth.
- the machining operations can be alternative or additionally differ in a distance between individual tools. For example, a machining process can be assigned to each section of the blade.
- different tools and / or different settings of a tool can be used for the individual machining operations. Differences may e.g. exist in a kind, a number of teeth, a diameter and / or a distance of the individual tools.
- a double or twin tool with two simultaneously effective, spaced-apart individual tools is used for the individual machining operations, wherein the distance for the individual machining operations is set differently.
- the manufacturing process can thereby be accelerated.
- a respective machining operation can first be carried out for a plurality of, in particular for all, blades of the rotor disk, before a further machining operation is carried out for the respective blades.
- different orientations of the tool relative to an at least substantially perpendicular plane to a rotation axis are selected for generating different angles of incidence for the individual sections of a respective blade for the individual machining operations.
- the angle of attack does not depend on the tool itself, but only on its orientation. In other words, the tool can be adjusted to the particular desired angle of attack.
- the rotor disk and the vacuum pump can be manufactured or developed according to the embodiments of the method described here.
- the invention also relates to a rotor of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a rotor shaft to which either a separate, inventively designed rotor disc is attached, or at the plurality of separate, superimposed, each inventively designed rotor discs are mounted.
- a pumping step of a molecular pumping stage may be applied to the turbomolecular pump stage of the vacuum pump comprising the rotor in the pumping direction. of the Holweck type.
- the rotor shaft of the turbomolecular pumping stage may simultaneously constitute a wave of the molecular pumping stage, i. the turbomolecular pumping stage and the molecular pumping stage then have a common shaft in such an embodiment.
- the vacuum pump shown as a turbomolecular pump 10 comprises a pump inlet 34 surrounded by an inlet flange 32 and a plurality of pumping stages for delivering the gas present at the pump inlet 34 to a pump outlet 35.
- the turbomolecular pump 10 comprises a stator having a static housing 36 and one in the housing 36 arranged rotor with a about a rotation axis R rotatably mounted rotor shaft 14th
- the turbomolecular pump 10 comprises a plurality of pump-connected in series with each other in series turbomolecular pumping stages having a plurality of the rotor shaft 14 connected turbomolecular rotor disks 12 and a plurality of axially disposed between the rotor disks 12 and fixed in the housing 16 turbomolecular stator disks 38 by spacer rings 40 in a desired axial Distance from each other.
- the rotor disks 12 and stator disks 38 provide in a scooping region 42 an axial pumping action directed in the direction of the pumping direction P.
- the turbomolecular pump 10 also comprises three Holweck pump stages, which are arranged one inside the other in the radial direction and pump-connected with one another in series.
- the rotor-side part of the Holweck pump stages comprises two on the rotor shaft 14 fixed and carried by this cylinder jacket Holweck rotor sleeves 46, 48 which are coaxial with the axis of rotation R oriented and nested.
- two cylindrical jacket-shaped Holweck stator sleeves 50, 52 are provided, which are also oriented coaxially to the rotation axis R and nested in one another.
- the pump-active surfaces of the Holweck pump stages are in each case formed by the radial lateral surfaces which lie opposite one another with the formation of a narrow radial Holweck gap, namely in each case a Holweck rotor sleeve 46, 48 and a Holweck stator sleeve 50, 52.
- one of the pump-active surfaces is smooth, in the present case, for example, the Holweck rotor sleeve 46 and 48, wherein the opposite pump-active surface of the respective Holweck stator 50 and 52 structuring with helical about the axis of rotation R around in the axial direction extending grooves, in which the gas is driven by the rotation of the rotor and thereby pumped.
- the rotatable mounting of the rotor shaft 14 is effected by a rolling bearing 54 in the region of the pump outlet 35 and a permanent magnet bearing 56 in the region of the pump inlet 34.
- the permanent magnet bearing 56 includes a rotor-side bearing half 60 and a stator bearing half 58, each comprising a ring stack of a plurality of stacked in the axial direction of permanent magnetic rings, the magnetic rings facing each other with formation of a radial bearing gap.
- an emergency or backup bearing 62 is provided, which is designed as an unlubricated roller bearing and runs empty in normal operation of the vacuum pump without touching and only with an excessive radial deflection of the rotor with respect to the stator engages to a form a radial stop for the rotor, which prevents a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures.
- a conical injection nut 64 is provided on the rotor shaft 14 with an outer diameter increasing towards the rolling bearing 54, which is provided with a scraper of a plurality with a working medium, such as e.g. a lubricant, soaked absorbent disks 66 in operative resource storage is in sliding contact.
- a working medium such as e.g. a lubricant, soaked absorbent disks 66 in operative resource storage is in sliding contact.
- the resource is transferred by capillary action from the resource reservoir via the scraper to the rotating spray nut 64 and due to the centrifugal force along the spray nut 64 in the direction of increasing outer diameter of the spray nut 64 to the rolling bearing 54 promoted where it is e.g. fulfills a lubricating function.
- the turbomolecular pump 10 includes a drive motor 68 for rotatably driving the rotor whose rotor is formed by the rotor shaft 14.
- a control unit not shown, controls the drive motor 68.
- a respective rotor disk 12 comprises a plurality of circumferentially distributed blades 16, of which in the sectional view of Fig. 1 two blades 16 of the rotor disk 12 are visible.
- a respective blade 16 has two stages 22 (only one stage 22 is in Fig. 1 visible) separating two sections of the blade 16.
- the steps 22 of the blades 16 of the rotor disks 12 are in this example all arranged at the same distance from the axis of rotation R, but also different distances are conceivable.
- the steps 22 also extend parallel to the axis of rotation R, whereby a different course, for example obliquely to the axis of rotation, is possible.
- Fig. 2 shows a rotor disk 12, for example, for use in a turbomolecular pump 10 according to Fig. 1 ,
- the rotor disk 12 includes a plurality of circumferentially arranged distributed vanes 16 which spring radially inward on a rotor hub 27 and extend radially outward.
- a respective blade 16 comprises two narrow sides 23 which bound the blade 16 in the axial direction and extend perpendicular to the axis of rotation R.
- the blade 16 also comprises two flat sides 24 and a radially outwardly facing end face 25.
- Each blade 16 comprises two radially successive sections 18, 20 defined by steps 22 formed on the flat sides 24.
- the radially inner portion 18 is made thicker than the radially outer portion 20.
- the result of the steps 22 is that the blade 16 is narrowed to a certain extent radially outward and thus approximates a continuously outwardly tapered shape, as is known from the prior art Technique is known.
- a respective section 18, 22 has two flat and mutually parallel flat sides 24.
- a perpendicular to a radius of the rotor disk 12 extending cross section of a respective section 18, 20 has the shape of a parallelogram, since the blades 16 are inclined and the narrow sides 23 of the blades 16 in a plane perpendicular to the axis of rotation R level (see also Fig. 5 ).
- the blades 16 are thus aligned obliquely with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation R and have to this level an angle of attack which is greater in the radially inner portion 18 than in the radially outer portion 20.
- the angular ratios of the blades 16 are in Fig. 5 explained in more detail.
- Fig. 3 is the rotor disk 12 of the Fig. 2 shown in a plan view.
- the blades 16 are with their separated by the steps 22 sections 18, 20 on the Circumference evenly distributed.
- the blades 16 are also made identical.
- Fig. 4 is the rotor disk 12 in a sectional view taken along in FIG Fig. 3 indicated section plane S shown.
- the opposite narrow sides 23 of the blades 16 are aligned parallel to each other and perpendicular to the axis of rotation R.
- Fig. 5 illustrates the relative orientation of a radially inner portion 18 to a radially outer portion 20th
- Fig. 5 represents a simplified side view of a blade 16 from radially outside.
- the radially inner portion 18 has a greater thickness than the radially outer portion 20.
- the radially inner portion 18 has an angle of attack A1 which is measured with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation R and parallel to a narrow side 23 of the blade 16 and which is greater than an angle A2 of the radially outer portion 20.
- the sections 18 20 are separated by steps 22, of which in each case a step surface substantially parallel to the image plane is visible.
- the radially outer portion 20 is shown as a parallelogram which is narrower than a parallelogram representing the radially inner portion 18.
- the sections 18, 20 terminate in a tangential direction, ie in the image to the right or left, in each case at a common point.
- a maximum difference between the angles of attack A1 and A2 of the sections 18, 20 is achieved, which in turn leads to an advantageous overlap ratio of the rotor disk 16.
- angles of attack A1, A2 of the two sections 18, 20 are not mandatory, i. the angles of attack A1, A2 of the two sections can also be the same size.
- FIG. 6 to 8 An inventive method for producing a rotor disk 12 is based on the Fig. 6 to 8 explained in more detail.
- the 6 and 7 are each a plan view of a disc parallel to the axis of rotation of the disc, while Fig. 8 is a view in the radial direction and thus perpendicular to the axis of rotation of the disc.
- Fig. 6 is shown as a two saw blades 28 comprehensive double tool in a disc 26, which serves as a semi-finished product for producing a rotor disc 12, retracted in the radial direction or is driven through this in the axial direction.
- the saw blades 28 in this case have a maximum radial machining depth, which corresponds to a radially inner end of a blade 16 and thus a blade ground.
- the saw blades 28 have a distance from each other which corresponds to a thickness of the radially inner portion 18.
- the saw blades 28 may be rotatably mounted on a common drive shaft or driven independently.
- a second machining operation as in Fig. 7 is illustrated.
- Fig. 7 has a double tool on two saw blades 28 which have a distance from each other which is smaller than the distance between the saw blades 28 according to Fig. 6 , Due to the smaller distance between the saw blades 28, a smaller thickness is imparted to a second, radially outer portion 20 of the blade 16.
- the second machining operation has a radial machining depth which is smaller than in the first machining operation.
- a radially outer portion 20 is formed, which is thinner than the radially inner portion 18, which is effectively "left” by the second machining operation.
- Between the sections 18, 20 remain two stages 22, namely a step 22 on each flat side 24, which separate the sections 18, 20 in the radial direction.
- the 6 and 7 serve insofar merely to illustrate a manufacturing concept according to the invention, as the sections 18, 20 thus produced parallel to the axis of rotation of the disc extending flat sides, ie have an angle of attack of 90 °.
- a blade 16 can be produced with an angle of attack A2 of less than 90 ° of a radially outer section 20 used here by way of example Fig. 8 .
- Two saw blades 28 are arranged parallel and at a distance from one another which corresponds to the thickness of the radially outer portion 20.
- the saw blades 28 are aligned according to the desired angle of attack A2 of the radially outer portion 20 to the axis of rotation of the disc 26 and to a plane perpendicular to the axis of rotation plane.
- the saw blades 28 which are arranged for example on a common drive shaft, in the processing direction Q passed through the disc 26 or retracted perpendicular to the image plane, with a maximum radial machining depth is maintained or achieved.
- the tool can in principle during the machining operation in addition to a radial, ie in Fig. 8 perpendicular to the image plane, axis, in particular continuously rotated, while the tool is retracted into the disc 26 or driven through by this. It is also possible that the tool is not rotated over certain radial distances, which thus alternately straight sections and entangled or to one, in particular small, angle-wound sections arise. However, each linear tool movements are preferred.
- FIG. 8 shown processing corresponds to a second processing operation according to Fig. 7
- a first machining operation for forming a radially inner portion 18 can be carried out analogously to this second machining operation, wherein the saw blades 28, however, at an angle A1, for example according to Fig. 5 , aligned and, for example, are driven along a correspondingly steeper machining direction Q through the disk 26.
- the distance of the saw blades 28 to each other corresponds to the thickness of the radially inner portion 18th
- the disk 26 can be rotated about the axis of rotation R relative to the tool, but alternatively the tool can be guided around the disk 26. Also, the orientation of the tool according to an angle A1, A2 can be adjusted by a corresponding alignment of the disc 26 and / or by aligning the tool. -.-.-.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rotorscheibe für einen mehrere separate, übereinander angeordnete, an einer Rotorwelle angebrachte Rotorscheiben oder genau eine separate, an einer Rotorwelle (14) angebrachte Rotorscheibe (12) umfassenden Rotor einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, wobei die Rotorscheibe eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln (16) umfasst, die jeweils ein in radialer Richtung von innen nach außen verlaufendes Dickenprofil aufweisen, und wobei wenigstens eine Schaufel ein Dickenprofil mit zumindest einer zwei Abschnitte (18, 20) der Schaufel (16) trennenden Stufe (22) aufweist.The invention relates to a rotor disk for a plurality of separate, stacked, mounted on a rotor shaft rotor disks or exactly a separate, on a rotor shaft (14) mounted rotor disk (12) comprising rotor of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, wherein the rotor disk a plurality of in Circumferentially distributed blades (16) arranged, each having a radially inwardly extending from the outside thickness profile, and wherein at least one blade has a thickness profile with at least one two sections (18, 20) of the blade (16) separating step (22) having.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorscheibe für einen Rotor einer Vakuumpumpe und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Rotorscheibe.The present invention relates to a rotor disk for a rotor of a vacuum pump and to a method for producing such a rotor disk.
Eine beispielhafte Turbomolekular-Vakuumpumpe umfasst einen Rotor mit einer Rotorwelle, auf der mehrere Rotorscheiben axial versetzt angeordnet sind oder auf der genau eine Rotorscheibe angeordnet ist. Eine jeweilige Rotorscheibe weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln auf. Um vakuumtechnische Leistungswerte, wie z.B. Saugvermögen und Kompressionsverhältnis, zu gewährleisten, die über die radiale Erstreckung einer jeweiligen Schaufel möglichst konstant sind, ist es bekannt, die Schaufeln jeweils nach radial außen verjüngt, d.h. konisch, auszuführen. D.h. die Schaufel ist radial innen dicker und wird nach radial außen allmählich dünner. Die Herstellung einer Rotorscheibe mit derart geformten Schaufeln ist aufwendig und es sind kostenintensive Werkzeugmaschinen und Werkzeuge notwendig.An exemplary turbomolecular vacuum pump comprises a rotor with a rotor shaft on which a plurality of rotor disks are arranged axially offset or on which exactly one rotor disk is arranged. A respective rotor disk has a plurality of blades arranged distributed in the circumferential direction. In order to obtain vacuum performance values, e.g. Suction capacity and compression ratio, which are as constant as possible over the radial extent of each blade, it is known, the blades each tapered radially outward, i. conical, to execute. That the blade is radially thicker inside and gradually thinner radially outward. The production of a rotor disk with such shaped blades is expensive and it is costly machine tools and tools necessary.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung einer Rotorscheibe für einen Rotor einer Vakuumpumpe zu vereinfachen.It is an object of the invention to simplify the manufacture of a rotor disk for a rotor of a vacuum pump.
Die Aufgabe wird durch eine Rotorscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass wenigstens eine Schaufel ein Dickenprofil mit zumindest einer zwei Abschnitte der Schaufel trennenden Stufe aufweist.The object is achieved by a rotor disk with the features of claim 1, and in particular by the fact that at least one blade has a thickness profile with at least one two sections of the blade separating step.
Eine erfindungsgemäße Rotorscheibe lässt sich besonders einfach herstellen. Denn wenn ein gestuftes Dickenprofil zugelassen wird, können die Bewegungsbahnen eines Bearbeitungswerkzeugs und die Art des Werkzeugs selbst deutlich vereinfach werden. Z.B. kann dadurch die Schaufel bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung durch lediglich eindimensionale Bearbeitungsschritte hergestellt werden, d.h. ein Werkzeug wird in einem Bearbeitungsschritt nur entlang einer geraden Strecke verfahren. Dadurch lässt sich z.B. eine sonst vollständig dreidimensionale Bearbeitungsbahn ersetzen, welche aufwendige und kostenintensive Bearbeitungsmaschinen mit vielen Bearbeitungsfreiheitsgraden erfordert.A rotor disk according to the invention can be produced particularly easily. Because if a stepped thickness profile is allowed, the trajectories of a machining tool and the type of tool itself can be clear be simplified. For example, in one possible embodiment of the invention, the blade can thereby be produced by merely one-dimensional processing steps, ie a tool is moved only along a straight path in one processing step. As a result, it is possible to replace, for example, an otherwise completely three-dimensional machining path, which requires complicated and costly machining machines with many processing degrees of freedom.
Im Stand der Technik wird davon ausgegangen, dass eine Rotorscheibe mit kontinuierlich geformten - also nicht gestuften - Schaufeln die beste vakuumtechnische Performance liefert, ähnlich wie dies z.B. bei Turbinen der Fall ist. Erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass eine gestufte Schaufel die Performance einer Vakuumpumpe gegenüber einer kontinuierlich geformten wenn überhaupt nur in geringem Umfang verringert. Dagegen steht eine erhebliche Vereinfachung des Herstellungsvorgangs einer erfindungsgemäßen Rotorscheibe, wodurch sich die Herstellungskosten deutlich verringern.In the prior art, it is believed that a rotor disk with continuously shaped - not stepped - blades provides the best vacuum performance, similar to e.g. Turbines are the case. According to the invention, however, it has been recognized that a stepped blade reduces the performance of a vacuum pump over a continuously formed, if at all, small extent. In contrast, there is a considerable simplification of the manufacturing process of a rotor disk according to the invention, which significantly reduces the manufacturing costs.
Die Erfindung bedeutet daher eine Abkehr von der Vorstellung, nur Rotorscheiben mit kontinuierlich oder stetig verjüngenden Schaufeln könnten ausreichende vakuumtechnische Leistungswerte erreichen, wobei die erfindungsgemäße Überwindung dieses Vorurteils erhebliches Einsparpotential bei der Herstellung der Rotorscheiben mit sich bringt.The invention therefore means a departure from the idea that only rotor disks with continuously or steadily tapering blades could achieve sufficient vacuum performance values, with the overcoming of this prejudice according to the invention entailing considerable savings potential in the manufacture of the rotor disks.
Die Anzahl der Stufen ist erfindungsgemäß grundsätzlich beliebig. Durch eine größere Anzahl von Stufen kann z.B. eine sich nach radial außen verjüngende, zumindest bei theoretischer Betrachtung gewissermaßen ideale Form der Schaufel immer weiter angenähert werden. Dabei wird grundsätzlich weiterhin der erfindungsgemäße Vorteil der einfachen Herstellbarkeit gewährleistet, auch wenn eine größere Anzahl von Stufen mit einem größeren Herstellungsaufwand verbunden ist.The number of stages according to the invention is basically arbitrary. By a larger number of stages, for example, a shape of the blade that tapers radially outward, at least theoretically, can be approximated to a somewhat ideal shape. In principle, the inventive advantage of easy manufacturability is still ensured, even if a larger number of stages is associated with a greater manufacturing outlay.
Bevorzugt sind alle Schaufeln der Rotorscheibe identisch ausgeführt, wobei dies aber nicht zwingend ist.Preferably, all blades of the rotor disk are made identical, but this is not mandatory.
Bei einer Ausführungsform ist das Dickenprofil durch gegenüberliegende Flachseiten der Schaufel definiert. Eine Flachseite kann zumindest mit einer ihrer Normalen eine axiale, d.h. zu einer Rotationsachse der Rotorscheibe parallele, Komponente aufweisen. Eine jeweilige Flachseite unterscheidet sich von einer Schmalseite der Schaufel, welche sich z.B. senkrecht zur Rotationsachse erstreckt. Schmalseite und Flachseite unterscheiden sich von zumindest einer Stirnseite einer Schaufel, die eine Begrenzung der Schaufel in radialer Richtung nach radial außen darstellen kann. Dabei sind Übergänge zwischen Flachseiten, Schmalseiten und der Stirnseite aber nicht notwendigerweise unstetig, also zum Beispiel als scharfe Kanten, ausgeführt, wobei eine solche Ausgestaltung erfindungsgemäß aber möglich ist.In one embodiment, the thickness profile is defined by opposing flat sides of the blade. A flat side may have at least one of its normal axial, i. have parallel to a rotational axis of the rotor disc, component. A respective flat side differs from a narrow side of the blade, which is e.g. extends perpendicular to the axis of rotation. Narrow side and flat side differ from at least one end face of a blade, which may constitute a boundary of the blade in the radial direction radially outward. However, transitions between flat sides, narrow sides and the front side are not necessarily unsteady, that is, for example, as sharp edges, executed, such an embodiment according to the invention but is possible.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Stufe an einer der Flachseiten und zwischen einem radial inneren dickeren Abschnitt und einem radial äußeren dünneren Abschnitt der Schaufel ausgebildet. Die Schaufel weist bei dieser Ausführungsform also eine nach radial außen abnehmende Dicke auf, wobei diese Abnahme nicht kontinuierlich, sondern gestuft ist.In another embodiment, the step is formed on one of the flat sides and between a radially inner thicker portion and a radially outer thinner portion of the blade. Thus, in this embodiment, the blade has a thickness which decreases radially outward, this decrease not being continuous but being stepped.
In wenigstens einem der Abschnitte kann zumindest eine der Flachseiten eben sein. Dadurch wird der Herstellungsvorgang weiter vereinfacht.In at least one of the sections, at least one of the flat sides may be flat. This further simplifies the manufacturing process.
Die Dicke ist insbesondere über eine radiale Erstreckung des jeweiligen Abschnitts konstant. Auch hierdurch wird der Herstellungsvorgang weiter vereinfacht, da z.B. bei der Bearbeitung ein Freiheitsgrad der Maschine entfallen kann.The thickness is constant in particular over a radial extent of the respective section. This, too, further simplifies the manufacturing process, e.g. when machining a degree of freedom of the machine can be omitted.
Die beiden Abschnitte der Schaufel können jeweils einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann aber auch von einer Parallelogrammform abweichen. Der Querschnitt kann z.B. rechteckig, trapezförmig oder unregelmäßig drei- oder mehreckig sein und/oder runde Begrenzungslinien aufweisen. Unter einem Querschnitt ist hier ein Schnitt durch die Schaufel senkrecht zu einem Radius der Rotorscheibe zu verstehen.The two sections of the blade can each have a parallelogram-shaped cross-section. The cross section may also be of a parallelogram shape differ. The cross section may, for example, be rectangular, trapezoidal or irregularly triangular or polygonal and / or have round boundary lines. A cross-section here is to be understood as a section through the blade perpendicular to a radius of the rotor disk.
Bei einer Ausführungsform ist die Schaufel relativ zu einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse verlaufenden Ebene schräg gestellt, wobei jeder Abschnitt einen Anstellwinkel aufweist und der Anstellwinkel des radial inneren Abschnitts größer ist als der Anstellwinkel des radial äußeren Abschnitts. Die Schaufel kann also mit anderen Worten "in sich verdreht" sein, wobei eine kontinuierliche "In-Sich-Verdrehung" durch eine gestufte angenähert und ersetzt werden kann, um den Herstellungsprozess weiter zu vereinfachen und dennoch ausreichend gute Leistungswerte der Vakuumpumpe zu gewährleisten. Als Anstellwinkel wird im Rahmen dieser Offenbarung der Winkel bezüglich einer zur Rotationsachse senkrecht verlaufenden Ebene betrachtet.In one embodiment, the blade is inclined relative to an at least substantially perpendicular to a rotation axis extending plane, each section having an angle of attack and the angle of attack of the radially inner portion is greater than the angle of attack of the radially outer portion. In other words, the blade may be "twisted" in itself, whereby a continuous "in-itself twisting" can be approximated and replaced by a stepped one in order to further simplify the manufacturing process and still ensure sufficiently good performance of the vacuum pump. As the angle of attack is considered in the context of this disclosure, the angle with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Stufe zumindest eine Fase und/oder Rundung. Dadurch können scharfe Kanten vermieden und/oder die Stabilität der Schaufel verbessert werden.In one embodiment, the step comprises at least one chamfer and / or rounding. As a result, sharp edges can be avoided and / or the stability of the blade can be improved.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit zumindest einem mehrere separate, übereinander angeordnete, an einer Rotorwelle angebrachte Rotorscheiben oder genau eine separate, an einer Rotorwelle angebrachte Rotorscheibe umfassenden Rotor gelöst, bei der wenigstens eine Rotorscheibe in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist.The object is also achieved by a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with at least one multiple, superimposed, mounted on a rotor shaft rotor disks or exactly a separate, mounted on a rotor shaft rotor disk rotor in which at least one rotor disk is formed in accordance with the invention.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorscheibe für eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, mit zumindest einem mehrere separate, übereinander angeordnete, an einer Rotorwelle angebrachte Rotorscheiben oder genau eine separate, an einer Rotorwelle angebrachte Rotorscheibe umfassenden Rotor, oder zur Herstellung einer solchen Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, wobei die Rotorscheibe einstückig aus einer aus Vollmaterial bestehenden Scheibe hergestellt wird, und wobei an der Scheibe durch Materialwegnahme eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln ausgebildet wird, und wobei zumindest eine Schaufel mit einem in radialer Richtung von innen nach außen verlaufenden Dickenprofil versehen wird, das zumindest eine zwei Abschnitte der Schaufel trennende Stufe aufweist.The object is further achieved by a method for producing a rotor disk for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with at least one plurality of separate, superposed, mounted on a rotor shaft rotor disks or exactly one separate, on a rotor shaft rotors comprising rotor disc, or for producing such a vacuum pump, in particular turbomolecular pump, wherein the rotor disc is produced in one piece from a disk made of solid material, and wherein on the disc by material removal a plurality of circumferentially distributed arranged blades is formed, and wherein at least one Scoop is provided with a radially inwardly extending from the outside thickness profile having at least one two sections of the blade separating stage.
Die Scheibe kann insbesondere als Kreis- bzw. Zylinderscheibe ausgeführt sein und kann alternativ oder zusätzlich bereits vor Ausbilden der Schaufel eine zentrale, insbesondere kreisförmige Öffnung aufweisen, die z.B. der Durchführung einer Rotorwelle dient. Die Materialwegnahme kann spanende Bearbeitung, wie z.B. Sägen oder Fräsen umfassen, kann aber auch anders ausgeführt werden.The disk may in particular be designed as a circular or cylindrical disk and may, alternatively or additionally, already before the formation of the blade have a central, in particular circular opening, which may be e.g. the implementation of a rotor shaft is used. The material removal may involve machining such as e.g. Sawing or milling include, but can also be performed differently.
Bei einer Ausführungsform wird zum Ausbilden einer jeweiligen Schaufel mit einem Werkzeug wenigstens ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt, der umfasst, dass mit dem Werkzeug mit einer radialen Komponente in die Scheibe eingefahren wird. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, nur eine einzige Bewegungsachse des Werkzeugs vorzusehen, wobei zur Ausbildung mehrerer Schaufeln einfach die Scheibe gegenüber dem Werkzeug, insbesondere um ihre Rotationsachse, verdreht zu werden braucht. Die Bearbeitung erfordert in diesem Fall also nur zwei Freiheitsgrade, wodurch eine Maschine zur Herstellung besonders kostengünstig ist.In one embodiment, to form a respective blade with a tool, at least one machining operation is carried out, which involves that the tool is driven into the disk with a radial component. In this embodiment, it is possible to provide only a single axis of movement of the tool, wherein for the formation of a plurality of blades simply the disc relative to the tool, in particular about its axis of rotation, needs to be rotated. The processing in this case requires only two degrees of freedom, whereby a machine for the production is particularly cost.
Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Werkzeug mit einer axialen Komponente entsprechend einem Anstellwinkel der Schaufel durch die Scheibe durchgefahren werden. Auch hierbei lässt sich die Scheibe einfach zur Herstellung der jeweils nächsten Schaufel verdrehen. Falls gemäß einer Ausführungsform das Werkzeug zumindest ein Kreissägeblatt umfasst, ergibt sich hierbei der Vorteil, dass der Bearbeitungsgrund, also der Bereich, der einer radialen Bearbeitungstiefe entspricht, gerade ausgebildet werden kann.Alternatively or additionally, with the tool with an axial component corresponding to an angle of attack of the blade can be passed through the disc. Again, the disc can be easily rotated to produce the next blade. If, according to one embodiment, the tool comprises at least one circular saw blade, this results in the advantage that the Machining reason, so the area corresponding to a radial machining depth, can be formed straight.
Das Werkzeug kann ein Doppel- oder Zwillingswerkzeug mit zwei gleichzeitig wirksamen, unter einem Abstand zueinander angeordneten Einzelwerkzeugen umfassen. Die Einzelwerkzeuge können z.B. sich drehen, miteinander gekoppelt sein, drehstarr bzw. drehfest miteinander verbunden sein, über ein Getriebe verbunden sein, parallele Drehachsen aufweisen und/oder zusammenfallende Drehachsen aufweisen. Ein Werkzeug, insbesondere ein Einzelwerkzeug, kann z.B. eine Säge, ein Sägeblatt, einen Fräser, eine Doppelsäge, eine Zwillingssäge und/oder dergleichen jeweils in Ein- oder Mehrzahl umfassen. Der Abstand der Einzelwerkzeuge kann eine Dicke eines jeweiligen Abschnitts der Schaufel bestimmen, wobei zur Herstellung von unterschiedlich dicken Abschnitten der Abstand verstellbar sein kann und/oder Werkzeuge mit unterschiedlichem Abstand zwischen den Einzelwerkzeugen vorgehalten werden können.The tool may comprise a double or twin tool with two simultaneously effective, spaced apart individual tools. The individual tools may e.g. rotate, be coupled with each other, be torsionally rigid or rotatably connected to each other, be connected via a transmission, have parallel axes of rotation and / or have coincident axes of rotation. A tool, in particular a single tool, can e.g. a saw, a saw blade, a milling cutter, a double saw, a twin saw and / or the like in each case in single or multiple include. The distance of the individual tools can determine a thickness of a respective section of the blade, wherein for the production of sections of different thickness the distance can be adjustable and / or tools can be kept at different distances between the individual tools.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind zur Erzeugung von Schaufelabschnitten mit über deren radiale Erstreckung konstanter Dicke die Einzelwerkzeuge parallel angeordnet. "Parallel" kann sich dabei z.B. auf eine gegebenenfalls vorhandene Drehachse des jeweiligen Einzelwerkzeugs, auf eine Bearbeitungsfläche des Einzelwerkzeugs und/oder auf eine Erstreckungsrichtung oder -ebene des Einzelwerkzeugs beziehen. Eine Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch weiter vereinfacht.In one embodiment, the individual tools are arranged in parallel to produce blade sections with over their radial extent of constant thickness. "Parallel" may be e.g. refer to an optionally present rotation axis of the respective individual tool, to a working surface of the individual tool and / or to an extension direction or plane of the individual tool. A machine for carrying out the method according to the invention is thereby further simplified.
In einer Weiterbildung werden zum Ausbilden der einzelnen Abschnitte einer jeweiligen Schaufel mehrere Bearbeitungsvorgänge zeitlich nacheinander durchgeführt, wobei sich die Bearbeitungsvorgänge hinsichtlich einer radialen Bearbeitungstiefe voneinander unterscheiden. Dabei kann eine Stufe des Dickenprofils bei einer jeweiligen radialen Bearbeitungstiefe oder durch eine jeweilige radiale Bearbeitungstiefe ausgebildet werden. Die Bearbeitungsvorgänge können sich alternativ oder zusätzlich in einem Abstand zwischen Einzelwerkzeugen unterscheiden. Jedem Abschnitt der Schaufel kann z.B. ein Bearbeitungsvorgang zugeordnet sein.In a further development, a plurality of machining operations are carried out in chronological succession to form the individual sections of a respective blade, wherein the machining operations differ from one another with regard to a radial machining depth. In this case, a step of the thickness profile can be formed at a respective radial machining depth or by a respective radial machining depth. The machining operations can be alternative or additionally differ in a distance between individual tools. For example, a machining process can be assigned to each section of the blade.
Außerdem können für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedliche Werkzeuge und/oder unterschiedliche Einstellungen eines Werkzeugs verwendet werden. Unterschiede können z.B. in einer Art, einer Zähnezahl, einem Durchmesser und/oder einem Abstand der Einzelwerkzeuge bestehen.In addition, different tools and / or different settings of a tool can be used for the individual machining operations. Differences may e.g. exist in a kind, a number of teeth, a diameter and / or a distance of the individual tools.
Bei einer Ausführungsform wird für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge jeweils ein Doppel- oder Zwillingswerkzeug mit zwei gleichzeitig wirksamen, unter einem Abstand zueinander angeordneten Einzelwerkzeugen verwendet, wobei der Abstand für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedlich eingestellt wird. Das Herstellungsverfahren lässt sich dadurch beschleunigen. Z.B. kann ein jeweiliger Bearbeitungsvorgang erst für eine Mehrzahl der, insbesondere für alle, Schaufeln der Rotorscheibe durchgeführt werden, bevor ein weiterer Bearbeitungsvorgang für die betreffenden Schaufeln durchgeführt wird.In one embodiment, a double or twin tool with two simultaneously effective, spaced-apart individual tools is used for the individual machining operations, wherein the distance for the individual machining operations is set differently. The manufacturing process can thereby be accelerated. For example, For example, a respective machining operation can first be carried out for a plurality of, in particular for all, blades of the rotor disk, before a further machining operation is carried out for the respective blades.
In einer weiteren Ausführungsform werden zur Erzeugung unterschiedlicher Anstellwinkel für die einzelnen Abschnitte einer jeweiligen Schaufel für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedliche Orientierungen des Werkzeugs relativ zu einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse verlaufenden Ebene gewählt. Somit hängt der Anstellwinkel nicht vom Werkzeug selbst, sondern nur von dessen Ausrichtung ab. Mit anderen Worten kann das Werkzeug auf den jeweils gewünschten Anstellwinkel eingestellt werden.In a further embodiment, different orientations of the tool relative to an at least substantially perpendicular plane to a rotation axis are selected for generating different angles of incidence for the individual sections of a respective blade for the individual machining operations. Thus, the angle of attack does not depend on the tool itself, but only on its orientation. In other words, the tool can be adjusted to the particular desired angle of attack.
Das Verfahren kann z.B. entsprechend den vorstehend genannten Ausführungsformen der Vorrichtung weiter verbessert werden, und umgekehrt können die Rotorscheibe und die Vakuumpumpe entsprechend den hier beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt bzw. weitergebildet werden.The method can be further improved, for example, according to the above-mentioned embodiments of the device, and vice versa, the rotor disk and the vacuum pump can be manufactured or developed according to the embodiments of the method described here.
Die Erfindung betrifft auch einen Rotor einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, mit einer Rotorwelle, an der entweder genau eine separate, erfindungsgemäß ausgebildete Rotorscheibe angebracht ist, oder an der mehrere separate, übereinander angeordnete, jeweils erfindungsgemäß ausgebildete Rotorscheiben angebracht sind. Insbesondere - aber nicht nur - dann, wenn der Rotor nur genau eine Rotorscheibe umfasst, kann sich an die den Rotor umfassende Turbomolekularpumpstufe der Vakuumpumpe in Pumprichtung eine Molekularpumpstufe z.B. vom Holweck-Typ anschließen. Dabei kann die Rotorwelle der Turbomolekularpumpstufe gleichzeitig eine Welle der Molekularpumpstufe bilden, d.h. die Turbomolekularpumpstufe und die Molekularpumpstufe besitzen in einem solchen Ausführungsbeispiel dann eine gemeinsame Welle.The invention also relates to a rotor of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a rotor shaft to which either a separate, inventively designed rotor disc is attached, or at the plurality of separate, superimposed, each inventively designed rotor discs are mounted. In particular, but not only, when the rotor comprises only one rotor disk, a pumping step of a molecular pumping stage may be applied to the turbomolecular pump stage of the vacuum pump comprising the rotor in the pumping direction. of the Holweck type. At the same time, the rotor shaft of the turbomolecular pumping stage may simultaneously constitute a wave of the molecular pumping stage, i. the turbomolecular pumping stage and the molecular pumping stage then have a common shaft in such an embodiment.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren angegeben.Further embodiments are given in the dependent claims, the description and the figures.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe in einem Querschnitt.
- Fig. 2
- zeigt eine erfindungsgemäße Rotorscheibe in einer isometrischen Ansicht.
- Fig. 3
- zeigt die Rotorscheibe von
Fig. 2 in einer Draufsicht. - Fig. 4
- zeigt die Rotorscheibe von
Fig. 2 in einer Schnittansicht. - Fig. 5
- zeigt Abschnitte einer erfindungsgemäßen Rotorschaufel mit unterschiedlichen Anstellwinkeln.
- Fig. 6
- zeigt einen Bearbeitungsvorgang zum Ausbilden einer Rotorschaufel gemäß der Erfindung.
- Fig. 7
- zeigt einen weiteren Bearbeitungsvorgang zum Ausbilden eines Abschnitts der Rotorschaufel gemäß der Erfindung.
- Fig. 8
- zeigt ein Werkzeug, welches erfindungsgemäß in einer dem Anstellwinkel einer Schaufel entsprechenden Orientierung arbeitet.
- Fig. 1
- shows a vacuum pump according to the invention in a cross section.
- Fig. 2
- shows a rotor disk according to the invention in an isometric view.
- Fig. 3
- shows the rotor disk of
Fig. 2 in a top view. - Fig. 4
- shows the rotor disk of
Fig. 2 in a sectional view. - Fig. 5
- shows sections of a rotor blade according to the invention with different angles of attack.
- Fig. 6
- shows a machining operation for forming a rotor blade according to the invention.
- Fig. 7
- shows another machining operation for forming a portion of the rotor blade according to the invention.
- Fig. 8
- shows a tool which according to the invention operates in a direction corresponding to the angle of attack of a blade orientation.
Die in
Die Turbomolekularpumpe 10 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren mit der Rotorwelle 14 verbundenen turbomolekularen Rotorscheiben 12 und mehreren in axialer Richtung zwischen den Rotorscheiben 12 angeordneten und in dem Gehäuse 16 festgelegten turbomolekularen Statorscheiben 38, die durch Distanzringe 40 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten sind. Die Rotorscheiben 12 und Statorscheiben 38 stellen in einem Schöpfbereich 42 eine in Richtung der Pumprichtung P gerichtete axiale Pumpwirkung bereit.The
Die Turbomolekularpumpe 10 umfasst zudem drei in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Der rotorseitige Teil der Holweck-Pumpstufen umfasst zwei an der Rotorwelle 14 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 46, 48, die koaxial zu der Rotationsachse R orientiert und ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 50, 52 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse R orientiert und ineinander geschachtelt sind. Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind jeweils durch die einander unter Ausbildung eines engen radialen HolweckSpalts gegenüberliegenden radialen Mantelflächen, nämlich jeweils einer Holweck-Rotorhülse 46, 48 und einer Holweck-Statorhülse 50, 52, gebildet. Dabei ist jeweils eine der pumpaktiven Oberflächen glatt ausgebildet, im vorliegenden Fall beispielsweise die der Holweck-Rotorhülse 46 bzw. 48, wobei die gegenüberliegende pumpaktive Oberfläche der jeweiligen Holweck-Statorhülse 50 bzw. 52 eine Strukturierung mit schraubenlinienförmig um die Rotationsachse R herum in axialer Richtung verlaufenden Nuten aufweist, in denen durch die Rotation des Rotors das Gas vorangetrieben und dadurch gepumpt wird.The
Die drehbare Lagerung der Rotorwelle 14 wird durch ein Wälzlager 54 im Bereich des Pumpenauslasses 35 und ein Permanentmagnetlager 56 im Bereich des Pumpeneinlasses 34 bewirkt.The rotatable mounting of the
Das Permanentmagnetlager 56 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 60 und eine statorseitige Lagerhälfte 58, die jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen umfassen, wobei die Magnetringe unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts einander gegenüberliegen.The
Innerhalb des Permanentmagnetlagers 56 ist ein Not- oder Fanglager 62 vorgesehen, das als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist und im normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors gegenüber dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert.Within the
Im Bereich des Wälzlagers 54 ist an der Rotorwelle 14 eine konische Spritzmutter 64 mit einem zu dem Wälzlager 54 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen, die mit einem Abstreifer eines mehrere mit einem Betriebsmittel, wie z.B. einem Schmiermittel, getränkte saugfähige Scheiben 66 umfassenden Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt steht. Im Betrieb wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 64 übertragen und infolge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 64 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 64 zu dem Wälzlager 54 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt.In the region of the rolling
Die Turbomolekularpumpe 10 umfasst einen Antriebsmotor 68 zum drehenden Antreiben des Rotors, dessen Läufer durch die Rotorwelle 14 gebildet ist. Eine nicht dargestellte Steuereinheit steuert den Antriebsmotor 68 an.The
Eine jeweilige Rotorscheibe 12 umfasst eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln 16, von denen in der Schnittansicht der
Eine jeweilige Schaufel 16 umfasst zwei Schmalseiten 23, die die Schaufel 16 in axialer Richtung begrenzen und sich senkrecht zu der Rotationsachse R erstrecken. Die Schaufel 16 umfasst außerdem zwei Flachseiten 24 und eine nach radial außen weisende Stirnseite 25.A
Jede Schaufel 16 umfasst zwei in radialer Richtung aufeinander folgende Abschnitte 18, 20, die durch an den Flachseiten 24 ausgebildete Stufen 22 definiert sind. Der radial innere Abschnitt 18 ist dicker ausgeführt als der radial äußere Abschnitt 20. Die Stufen 22 haben also zur Folge, dass die Schaufel 16 gewissermaßen nach radial außen hin schmaler und so einer kontinuierlich nach außen verjüngten Form angenähert wird, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.Each
Ein jeweiliger Abschnitt 18, 22 weist zwei ebene und zueinander parallele Flachseiten 24 auf. Ein senkrecht zu einem Radius der Rotorscheibe 12 verlaufender Querschnitt eines jeweiligen Abschnitts 18, 20 weist die Form eines Parallelogramms auf, da die Schaufeln 16 schräg gestellt sind und die Schmalseiten 23 der Schaufeln 16 in einer senkrecht zur Rotationsachse R verlaufenden Ebene liegen (vgl. auch
Die Schaufeln 16 sind also in Bezug auf eine zur Rotationsachse R senkrechte Ebene schräg ausgerichtet und weisen zu dieser Ebene einen Anstellwinkel auf, der im radial inneren Abschnitt 18 größer ist als im radial äußeren Abschnitt 20. Die Winkelverhältnisse der Schaufeln 16 sind in
In
In
Der radial innere Abschnitt 18 weist eine größere Dicke als der radial äußere Abschnitt 20 auf. Außerdem weist der radial innere Abschnitt 18 einen Anstellwinkel A1 auf, der in Bezug auf eine zur Rotationsachse R senkrechte und zu einer Schmalseite 23 der Schaufel 16 parallele Ebene gemessen wird und der größer ist als ein Anstellwinkel A2 des radial äußeren Abschnitts 20. Die Abschnitte 18, 20 sind durch Stufen 22 getrennt, von denen jeweils eine zur Bildebene im Wesentlichen parallele Stufenfläche sichtbar ist.The radially
Der radial äußere Abschnitt 20 ist als ein Parallelogramm dargestellt, welches schmaler als ein den radial inneren Abschnitt 18 repräsentierendes Parallelogramm ist. Die Abschnitte 18, 20 enden in tangentialer Richtung, d.h. im Bild rechts bzw. links, in jeweils einem gemeinsamen Punkt. Dadurch wird eine maximale Differenz zwischen den Anstellwinkeln A1 und A2 der Abschnitte 18, 20 erreicht, was wiederum zu einem vorteilhaften Überlappungsverhältnis der Rotorscheibe 16 führt. Außerdem ist es somit möglich, die Schaufel 16 durch zwei lineare Bearbeitungsvorgänge auszubilden.The radially
Unterschiedliche Anstellwinkel A1, A2 der beiden Abschnitte 18, 20 sind aber nicht zwingend, d.h. die Anstellwinkel A1, A2 der beiden Abschnitte können auch gleich groß sein.Different angles of attack A1, A2 of the two
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Rotorscheibe 12 wird anhand der
In
Nach dem in
Die
Wie bei einem Herstellungsverfahren gemäß den
Das Werkzeug kann grundsätzlich während des Bearbeitungsvorgangs zusätzlich um eine radiale, d.h. in
Der in
Anhand des beispielhaft beschriebenen Herstellungsverfahrens für eine Rotorscheibe 12 einer Turbomolekularpumpe 10 ist ersichtlich, dass zwei besonders einfache Bearbeitungsvorgänge ausreichen, um die Schaufeln 16 von Rotorscheiben 12 für leistungsfähige Turbomolekularpumpen 10 herzustellen. Ein jeweiliger der beschriebenen Bearbeitungsvorgänge weist dabei lediglich einen linearen Verfahrweg des Werkzeugs auf. Zwischen den Bearbeitungsvorgängen muss lediglich der Abstand der Sägeblätter 28 sowie ihre Winkelorientierung bezüglich der Scheibe 26 eingestellt werden, um anschließend im zweiten Bearbeitungsvorgang wiederum eine lediglich lineare Bearbeitung durchzuführen. Dabei kann es vorteilhaft sein, den ersten Bearbeitungsvorgang für alle Schaufeln 16 der jeweiligen Rotorscheibe 12 durchzuführen, bevor der zweite Bearbeitungsvorgang für alle Schaufeln 16 durchgeführt wird. Zwischen einem ersten Bearbeitungsvorgang für eine erste Schaufel 16 und einem ersten Bearbeitungsvorgang für eine zweite Schaufel 16 kann die Scheibe 26 um die Rotationsachse R gegenüber dem Werkzeug verdreht werden, wobei aber alternativ auch das Werkzeug um die Scheibe 26 herumgeführt werden kann. Auch die Orientierung des Werkzeugs entsprechend einem Anstellwinkel A1, A2 kann durch ein entsprechendes Ausrichten der Scheibe 26 und/oder durch Ausrichten des Werkzeugs eingestellt werden. -.-.-.It can be seen from the exemplary manufacturing method described for a
- 1010
- TurbomolekularpumpeTurbo molecular pump
- 1212
- Rotorscheiberotor disc
- 1414
- Rotorwellerotor shaft
- 1616
- Schaufelshovel
- 1818
- radial innerer Abschnittradially inner section
- 2020
- radial äußerer Abschnittradially outer section
- 2222
- Stufestep
- 2323
- Schmalseitenarrow side
- 2424
- Flachseiteflat side
- 2525
- Stirnseitefront
- 2626
- Scheibedisc
- 2727
- Rotornaberotor hub
- 2828
- Sägeblattsawblade
- 3232
- Einlassflanschinlet flange
- 3434
- Pumpeneinlasspump inlet
- 3535
- Pumpenauslasspump outlet
- 3636
- Gehäusecasing
- 3838
- Statorscheibestator
- 4040
- Distanzringspacer
- 4242
- Schöpfbereichadding area
- 4646
- Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
- 4848
- Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
- 5050
- Holweck-StatorhülseHolweck stator
- 5252
- Holweck-StatorhülseHolweck stator
- 5454
- Wälzlagerroller bearing
- 5656
- PermanentmagnetlagerPermanent magnetic bearings
- 5858
- statorseitige Permanentmagnetlagerhälftestator-side permanent magnet half bearing
- 6060
- rotorseitige PermanentmagnetlagerhälfteRotor-side permanent magnet half bearing
- 6262
- Fanglagersafety bearing
- 6464
- Spritzmutterspray mother
- 6666
- saugfähige Scheibeabsorbent disc
- 6868
- Antriebsmotordrive motor
- A1A1
- Anstellwinkelangle of attack
- A2A2
- Anstellwinkelangle of attack
- PP
- Pumprichtungpumping direction
- Bearbeitungsrichtungmachining direction
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- SS
- Schnittebenecutting plane
Claims (15)
wobei die Rotorscheibe (12) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln (16) umfasst, die jeweils ein in radialer Richtung von innen nach außen verlaufendes Dickenprofil aufweisen, und
wobei wenigstens eine Schaufel (16) ein Dickenprofil mit zumindest einer zwei Abschnitte (18, 20) der Schaufel (16) trennenden Stufe (22) aufweist.Rotor disk (12) for a rotor, comprising a plurality of separate rotor disks (12) arranged on top of one another, or exactly one separate rotor disk (12) mounted on a rotor shaft (14), of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump (10). .
wherein the rotor disk (12) comprises a plurality of circumferentially distributed blades (16), each having a radially inwardly extending from the inside thickness profile, and
wherein at least one blade (16) has a thickness profile with at least one two sections (18, 20) of the blade (16) separating step (22).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dickenprofil durch gegenüberliegende Flachseiten der Schaufel (16) definiert ist.Rotor disc (12) according to claim 1,
characterized in that
the thickness profile is defined by opposing flat sides of the blade (16).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stufe (22) an einer der Flachseiten und zwischen einem radial inneren dickeren Abschnitt (18) und einem radial äußeren dünneren Abschnitt (20) der Schaufel (16) ausgebildet ist.Rotor disc (12) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the step (22) is formed on one of the flat sides and between a radially inner thicker section (18) and a radially outer thinner section (20) of the blade (16).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke über eine radiale Erstreckung des jeweiligen Abschnitts (18, 20) konstant ist.Rotor disc (12) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the thickness is constant over a radial extent of the respective section (18, 20).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufel (16) relativ zu einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse (R) verlaufenden Ebene schräg gestellt ist, wobei jeder Abschnitt (18, 20) einen Anstellwinkel aufweist und der Anstellwinkel (A1) des radial inneren Abschnitts (18) größer ist als der Anstellwinkel (A2) des radial äußeren Abschnitts (20).Rotor disc (12) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the blade (16) is inclined relative to an at least substantially perpendicular to a rotation axis (R) extending plane, each section (18, 20) has an angle and the angle of attack (A1) of the radially inner portion (18) is greater as the angle of attack (A2) of the radially outer portion (20).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stufe (22) zumindest eine Fase und/oder Rundung umfasst.Rotor disc (12) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the step (22) comprises at least one chamfer and / or rounding.
wobei die Rotorscheibe (12) einstückig aus einer aus Vollmaterial bestehenden Scheibe (26) hergestellt wird, und
wobei an der Scheibe (26) durch Materialwegnahme eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schaufeln (16) ausgebildet wird, und wobei zumindest eine Schaufel (16) mit einem in radialer Richtung von innen nach außen verlaufenden Dickenprofil versehen wird, das zumindest eine zwei Abschnitte (18, 20) der Schaufel (16) trennende Stufe (22) aufweist.Method for producing a rotor disk (12) for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump (10), having at least one plurality of separate rotor disks (12) arranged one above the other, mounted on a rotor shaft (14) or exactly one separate rotor shaft (14) attached rotor disk (12) comprising rotor, or for the production such a vacuum pump, in particular turbomolecular pump (10),
the rotor disk (12) being made in one piece from a disk (26) made of solid material, and
wherein on the disc (26) by material removal, a plurality of circumferentially distributed blades (16) is formed, and wherein at least one blade (16) is provided with a radially inwardly extending from the outside thickness profile, the at least one two sections (18, 20) of the blade (16) separating step (22).
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ausbilden einer jeweiligen Schaufel (22) mit einem Werkzeug (28) wenigstens ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, der umfasst, dass mit dem Werkzeug (28) mit einer radialen Komponente in die Scheibe (26) eingefahren und/oder mit einer axialen Komponente entsprechend einem Anstellwinkel (A1, A2) der Schaufel (16) durch die Scheibe (26) durchgefahren wird.Method according to claim 8,
characterized in that
for forming a respective blade (22) with a tool (28), at least one machining operation is carried out, which involves moving the tool (28) with a radial component into the disc (26) and / or with an axial component corresponding to one Angle of attack (A1, A2) of the blade (16) is passed through the disc (26).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkzeug ein Doppel- oder Zwillingswerkzeug mit zwei gleichzeitig wirksamen, unter einem Abstand zueinander angeordneten Einzelwerkzeugen (28) umfasst.Method according to claim 8 or 9,
characterized in that
the tool comprises a double or twin tool with two simultaneously effective, spaced apart individual tools (28).
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erzeugung von Schaufel abschnitten (18, 20) mit über deren radiale Erstreckung konstanter Dicke die Einzelwerkzeuge (28) parallel angeordnet sind.Method according to claim 10,
characterized in that
for generating blade sections (18, 20) over the radial extent of constant thickness, the individual tools (28) are arranged in parallel.
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ausbilden der einzelnen Abschnitte (18, 20) einer jeweiligen Schaufel (16) mehrere Bearbeitungsvorgänge zeitlich nacheinander durchgeführt werden, wobei sich die Bearbeitungsvorgänge hinsichtlich einer radialen Bearbeitungstiefe voneinander unterscheiden.Method according to one of claims 8 to 11,
characterized in that
for forming the individual sections (18, 20) of a respective blade (16) a plurality of machining operations are carried out successively in time, wherein the machining operations differ from one another with respect to a radial machining depth.
dadurch gekennzeichnet, dass
für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedliche Werkzeuge und/oder unterschiedliche Einstellungen eines Werkzeugs verwendet werden.Method according to claim 12,
characterized in that
for the individual machining operations different tools and / or different settings of a tool can be used.
dadurch gekennzeichnet, dass
für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge jeweils ein Doppel- oder Zwillingswerkzeug mit zwei gleichzeitig wirksamen, unter einem Abstand zueinander angeordneten Einzelwerkzeugen (28) verwendet wird, wobei der Abstand für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedlich eingestellt wird.Method according to claim 12 or 13,
characterized in that
for the individual machining operations in each case a double or twin tool with two simultaneously effective, at a distance from each other arranged individual tools (28) is used, wherein the distance for the individual machining operations is set differently.
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erzeugung unterschiedlicher Anstellwinkel (A1, A2) für die einzelnen Abschnitte (18, 20) einer jeweiligen Schaufel (16) für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge unterschiedliche Orientierungen des Werkzeugs relativ zu einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse (R) verlaufenden Ebene gewählt werden.Method according to one of claims 8 to 14,
characterized in that
for generating different angles of incidence (A1, A2) for the individual sections (18, 20) of a respective blade (16) for the individual machining operations different orientations of the tool relative to an at least substantially perpendicular to a rotation axis (R) extending plane can be selected.
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