KR102521349B1 - 진공 펌프 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자 샤프트에 연결하기 위한 또는 회전자 샤프트를 형성하기 위한 허브 요소(10)를 구비한, 특히 터보 분자 진공 펌프용의 진공 펌프 회전자에 관한 것이다. 허브 요소(10)에는 복수의 회전자 블레이드(12)가 연결된다. 높은 선단 속도를 달성할 수 있는 진공 펌프 회전자를 형성하기 위해, 허브 요소(10) 및/또는 회전자 블레이드(12)는 복수의 재료 층으로 제작된다.

Description

진공 펌프 회전자

본 발명은 진공 펌프 회전자, 특히 터보 분자 진공 펌프용 회전자에 관한 것이다.

예컨대 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프는 회전자 샤프트 상에 배치된 회전자를 포함한다. 회전자 샤프트는 전기 모터에 의해 구동된다. 회전자의 블레이드는 일반적으로 펌프 하우징에 고정되는 고정자 디스크와 협동한다. 특히 터보 분자 펌프에 사용되는 고속 회전 회전자에 있어서, 회전자를 알루미늄, 강, 또는 상응하는 합금으로 제작하는 것이 알려져 있다. 특히 10^{- 4}mbar보다 낮은 고진공을 얻기 위해서는 회전자가 높은 회전 속도로 작동되어야 한다. 강, 알루미늄 등의 회전자를 사용할 때의 제한 요인은 회전자 블레이드의 선단 속도(tip speed), 즉 블레이드 팁에서 발생하는 접선 속도에 있다. 공지의 회전자로는 400m/s의 선단 속도를 얻을 수 있다. 이와 관련한 문제점은 예컨대 헬륨 또는 수소와 같은 가벼운 기체를 이송하게 될 때에 존재하는데, 왜냐하면 이 기체들은 높은 열 속도를 가지며, 이송을 위해서는 회전자의 높은 회전 속도, 즉 특히 높은 선단 속도를 필요로 하기 때문이다.

본 발명의 목적은 높은 선단 속도에 도달하도록 구성된 진공 펌프 회전자를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 정의된 특징에 의해 달성된다.

본 발명의 진공 펌프 회전자는, 진공 펌프의 샤프트에 연결 가능하고 및/또는 상기 샤프트를 형성하는 허브 요소를 포함한다. 상기 허브 요소에는 회전자 블레이드가 바람직하게는 각진 방향으로 연결된다.

본 발명에 따르면, 선단 속도를 증가시키기 위해, 회전자 요소 및/또는 허브 요소는 복수의 재료 층을 포함한다. 이러한 방식으로, 심하게 응력을 받는 영역에서의 작동을 위해, 상이한 재료의 재료 층들을 배치함으로써 상이한 재료를 제공하는 것이 가능하다. 여기서, 상기 재료 층 중 적어도 하나는 섬유 강화 재료를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 특히, 적어도 하나의 재료 층에 섬유 강화 재료를 제공함으로써, 높은 회전 속도로 진공 펌프 회전자를 작동시키는 것이 가능해지게 된다. 특히, 이에 의하면, 400m/s 초과, 바람직하게는 500m/s 초과, 가장 바람직하게는 600m/s 초과하는 선단 속도를 달성하는 것이 가능해진다.

진공 펌프 회전자는 회전자 샤프트에 연결하기 위한 허브 요소를 포함하고, 여기서, 상기 회전자 샤프트는 또한 복수의 허브 요소에 의해 형성될 수 있다. 회전자 요소에는 상기 회전자 요소를 둘러싸는 복수의 회전자 블레이드가 연결된다. 바람직하게는, 회전자 블레이드들 각각은 허브 요소에 연결된 블레이드 풋(blade foot)과, 블레이드 풋에 연결된 블레이드 헤드(blade head)를 포함한다. 바람직하게는, 허브 요소는 섬유 강화 재료를 포함하는 적어도 하나의 유지 요소를 포함한다. 허브 요소의 상기 유지 요소는 그에 연결된 기부 요소를 가지며, 상기 기부 요소는 각각의 회전자 블레이드의 블레이드 풋과 블레이드 헤드에 각각 직접 또는 간접적으로 연결된다. 바람직하게는, 유지 요소와 기부 요소 간의 연결은 이들 두 요소들이 부분적으로 서로 겹쳐지고 그에 의해 적어도 2개의 재료 층이 형성되도록 하는 방식으로 제공된다. 이러한 배치에서, 두 요소들 중 적어도 하나는 섬유 강화 재료를 포함하는데, 두 요소 모두가 섬유 강화 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 설계에 의해, 진공 펌프 회전자의 높은 응력 저항이 가능해지고, 특히 높은 선단 속도가 가능해진다.

특히, 이하에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 높은 응력을 견디게 되는 진공 펌프 회전자를 제작할 수 있다. 그 결과, 고속 회전 진공 펌프 회전자를 생산할 수 있다. 동시에, 회전 속도의 증가로 인해 400m/s 초과하는 필요한 선단 속도에 도달 할 수 있기 때문에 진공 펌프의 직경을 줄일 수 있다.

바람직하게는, 허브 요소는 두 개의 상호 대향하는 유지 요소를 포함하고, 여기서, 상기 두 개의 유지 요소들 사이에는 기부 요소의 허브 부재가 배치된다. 이렇게 하는 한은, 허브 요소들 및/또는 허브 부재 모두가 섬유 강화 재료로 제작되는 것이 또 한 번 바람직한 이 영역에서 3 층 구조가 실현된다. 기부 요소 전체가 섬유 강화 재료로 제작되는 것이 바람직하다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 섬유 강화 재료를 포함하는 것이 바람직한 보강 요소가 제공된다. 적어도 하나의 보강 요소는 허브 요소의 유지 요소에 대면 접촉에 의해 연결되는 것이 바람직하고, 특히 바람직하기로는 보강 요소가 그 각각의 회전자 블레이드의 블레이드 풋 내로 연장되는 것이다. 따라서, 보강 요소는 추가 재료 층을 형성한다. 특히 바람직하게는, 두 개의 상호 대향 측면에서 기부 요소에, 특히 기부 요소의 허브 부재에 연결되는 두 개의 보강 요소가 제공되는 것이다. 특히 바람직한 일 실시예에 따르면, 여기에서의 기부 요소는 중간 재료 층이고, 이 경우에, 적어도 허브 부재의 영역의 상호 대향 위치에, 바람직하게는 블레이드 풋 안으로 연장되어 바람직하게는 대면 접촉에 의해 기부 요소에 연결되는 보강 요소가 각각 하나씩 배치된다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 2개의 추가의 재료 층이 2개의 유지 요소에 의해 제공되고, 이 유지 요소들 자체는 보강 요소의 외측에 배치되어 허브 요소의 실질적인 부분을 형성한다. 2개의 유지 요소는 서로 대향되게 배치되고, 보강 요소들의 각각의 상측에, 바람직하게는 대면 접촉에 의해, 직접 또는 간접적으로 연결된다. 회전자 블레이드의 응력 저항을 추가로 증강시키기 위해, 특히 상이한 재료로 이루어지고 및/또는 섬유들의 배향을 상이하게 한 추가 중간층을 제공할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 보강 요소의 내측면에, 바람직하게는 보강 요소 둘 다의 내측면에 고정 요소가 제공될 수 있다. 상기 고정 요소는 축 방향으로 연장된 돌출부로서 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 돌출부는 반경 방향으로 각각의 유지 요소 뒤에 계합된다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 섬유 강화 재료를 포함하는 것이 바람직한 적어도 하나의 추가 블레이드 요소가 제공된다. 상기 적어도 하나의 추가 블레이드 요소는 유지 요소에 간접 또는 직접적으로 연결된다. 또한, 상기 추가 블레이드 요소는 블레이드 풋 및/또는 기부 요소의 허브 부재에 간접 또는 직접적으로 연결된다. 또한, 상기 추가 블레이드 요소는 또한 블레이드 헤드에도, 바람직하게는 대면 접촉에 의해, 연결될 수 있다. 여기서, 추가 재료 층으로서의 상기 추가 블레이드 요소는 면적을 갖는 형상인 것이 바람직하다.

상기 추가 블레이드 요소는 그의 내측면에 고정 요소가 추가로 마련되고, 이 고정 요소도 또 한 번 일부가 돌출부에 대응하여 축 방향으로 연장되고 및/또는 유지 요소 뒤에, 바람직하게는 반경 방향으로 계합될 수 있다.

또한, 이 실시예에서는, 기부 요소의 상이한 측면에 배치되는 2개의 추가 블레이드 요소를 제공하는 것이 바람직한데, 특히, 기부 요소가 중앙 평면을 구성하는 대칭 구성이 바람직하다.

진공 펌프 회전자의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 추가 재료 층이 제공된다. 이 실시예에서, 추가 블레이드 요소는 내부 추가 블레이드 요소로서 설계되고, 그리고 적어도 하나의 추가적인 외부 추가 블레이드 요소가 제공된다. 후자는 내부 추가 블레이드 요소에, 바람직하게는 대면 접촉에 의해, 연결되며, 특히 2개의 추가 블레이드 요소의 외부 치수가 동일한 것이 바람직하다. 그러나, 선택적으로, 상기 외부 추가 블레이드 요소는 내부 추가 블레이드 요소의 일부분만을 덮을 수 있다. 또한, 내부 추가 블레이드 요소의 외부 치수가 외부 추가 블레이드 요소의 외부 치수보다 작은 것도 가능하다. 예를 들어, 외부 추가 블레이드 요소는 블레이드 헤드로 연장될 수 있고, 선택적으로는, 블레이드 헤드를 완전히 덮을 수 있고, 이 경우, 내부 추가 블레이드 요소는 블레이드 풋 영역에만 배치되고 및/또는 선택적으로 블레이드 헤드의 일부만을 덮는다.

상기 기부 요소와 적어도 하나의 추가 블레이드 요소, 바람직하게는 모든 추가 블레이드 요소는 실질적으로 동일한 외부 윤곽, 바람직하게는 블레이드 형상의 외부 윤곽을 갖는 것이 바람직하다.

블레이드 풋의 영역에서 상기 적어도 하나의 보강 요소는 기부 요소 및/또는 추가 블레이드 요소들 중 하나의 추가 블레이드 요소와 직접 대면해서 접해 있고, 바람직하기로는 그에 단단히 연결되는 것이 더욱더 바람직하다. 또한, 블레이드 풋 또는 블레이드 헤드의 영역에서 상기 내부 추가 블레이드 요소가 상기 외부 추가 블레이드 요소에 직접 대면해서 접해 있고, 바람직하기로는 그에 단단히 연결되는 것이 바람직하다. 개별 회전자 블레이드들과 그리고 또한 허브 요소는, 형태가 기부 요소에 대해 대칭이 되게 하는 방식으로 다층 구성을 갖는 것이 바람직하다.

일반적으로 링 형상의 허브 요소는 그 둘레에 회전자 블레이드를, 바람직하게는 복수의 회전자 블레이드를, 바람직하게는 피치가 유지된 복수의 회전자 블레이드를 포함한다.

본 발명에 의해 제공되는 선단 속도를 증가시키기 위해, 허브 요소 및/또는 회전자 블레이드가 섬유 강화 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 섬유들은 응력 적응 방식으로(stress-adapted manner) 광범위하게 배열된다. 이는 본 발명의 진공 펌프 회전자가 더 높은 회전 속도로 작동할 수 있는 결과를 가져온다. 특히, 그에 의하면 400m/s 초과, 바람직하게는 500m/s 초과, 가장 바람직하게는 600m/s 초과하는 선단 속도에 도달할 수 있다.

사용되는 재료는 1mm 내지 50mm의 섬유 길이를 갖는 장섬유 강화 재료, 또는 50mm 초과 길이를 갖는 무한 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

섬유들의 응력 적응 방식 배열은, 섬유들이 위와 같은 높은 속도에서 발생하는 힘과 모멘트를 흡수할 수 있도록 섬유들을 그에 적합하게 배향시킴으로써 바람직하게 실현된다. 응력 적응 방식 배열은 또한, 선택적으로는, 사용되는 섬유의 방향, 밀도, 강성 및/또는 두께를 각각의 작동 응력에 따라 추가적으로 변화시킴으로써도 실현된다. 이는 특히 허브 요소 및/또는 회전자 블레이드 상의 응력 영역에 따라 좌우된다. 또한, 응력 적응 방식 배열을 위해 대응하는 응력에 특히 적합한 유형의 섬유를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

상기와 관련하여, 금속, 플라스틱, 또는 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 선택적으로, 허브 요소의 영역에는, 혹은 회전자 블레이드 중에서 허브 요소 쪽으로 향하는 부분에는, 이들이 상이한 파손 거동을 갖기 때문에 금속 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

허브 영역에는, 섬유의 위치를 안정화시키거나 또는 부피를 생성시키기 위해 대량의 금속 조각들 또는 플라스틱 조각들이 라미네이트로 가공되게 할 수도 있다. 예컨대 플라스틱, 탄소 및/또는 금속 섬유를 함침시키거나 미리 함침시키는 것은 더욱 바람직하다. 여기서, 에폭시 수지, 페놀 수지, 비스 말레이미드 및/또는 열가소성 플라스틱 그리고 또한 폴리우레탄을 함침시키는 것이 바람직하다. 또한, 섬유들을 직물, 스프레드 토우(spread tow), 테이프 층, 권취 또는 편조 형태의 TFP(tailored fiber placement: 맞춤형 섬유 배치), 및/또는 나선형 메쉬로 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 특히 상이한 섬유 배열들을 혼합한 형태의 응력 적응 방식 배열도 가능하고 그 또한 바람직하다.

특히 높은 선단 속도를 달성하기 위해, 허브 요소 내와 위 각각에 및/또는 회전자 블레이드 내와 위 각각에 제공되는 섬유의 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 30%는 응력 적응 방식으로, 다시 말해 특히 주 변형 방향으로 배열되는 것이 바람직하다. 블레이드 영역에서는, 힘을 흡수하기 위해 섬유들이 반경 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 허브 영역에는 섬유 조각들이 원주 방향으로만 깔리는 것이 바람직하지만, 다른 영역에서는 변형 변위를 허용할 수 있도록 상이한 방향을 취하는 것이 바람직하다. 여기서, 허브 요소의 총 부피 및/또는 회전자 블레이드의 총 부피에 대한 섬유 부피부(volume portion)는 50%보다 크고, 특히 60%보다 큰 것이 바람직하다.

허브 요소 내에 또는 위에 배열된 섬유는 원주 방향으로, 즉 허브 요소의 회전 방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 여기서, 섬유는 원주 방향의 힘을 흡수할 수 있게 하는 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 원주 방향과 관련하여, +10°에서 +20°까지의 각도 범위의 편차는 각각의 섬유가 여전히 실질적으로 원주 방향으로 연장된다는 점에서 한정된다.

회전자 블레이드 내 또는 위에서는, 섬유가 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 블레이드의 영역의 섬유는 반경 방향의 힘을 흡수하는 방식으로 배열되어야 한다. 여기서도, +10°에서 +20°까지의 각도 범위의 편차는 실질적으로 원주 방향으로 연장된 섬유와 관련해서 한정된다.

특히, 회전자 블레이드의 블레이드 부분의 각진 영역에서는, 예컨대 블레이드의 비틀림을 방지하기 위한 응력 적응 방식의 섬유 배열을 실현하기 위해 상호 교차하는 섬유들을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 섬유들은 블레이드 종축에 대해서는 +30° 내지 +45°의 각도 범위로, 서로에 대해서는 +70° 내지 +90°의 범위로 연장되는 것이 바람직하다. 이러한 목적에 적합한 것은 예컨대 패치 또는 스프레드 토우와 같은 상응한 섬유 층이다. 허브 요소와 회전자 블레이드 사이의 전이 영역에는, 섬유들이 허브 요소로부터 회전자 블레이드 안으로 합체됨으로써 허브 요소와 회전자 블레이드 사이의 연결 영역이 최상의 응력 적응 설계가 되게 하는 것이 특히 바람직하다. 특히, 이러한 설계에서, 허브 요소와 회전자 블레이드는 단일품으로서 일체가 되게 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 블레이드를 대응하는 홈 및 이와 유사한 제공물 안으로 걸고(hooking) 삽입함으로써 허브에 연결하는 것도 가능하다. 또한, 걸기(hooking) 또는 다른 방식에 의해 허브 요소에 우선 연결되어 있는 블레이드 요소를 이어서 이 영역 내의 섬유 층을 통해 허브 요소에 연결되게 하는 조합도 가능하다.

섬유들의 연결은 후속하는 주조, 수지화 등에 의해 수행될 수 있다. 그러나 섬유들의 정확한 위치를 한정하기 위해 먼저 섬유들을 서로 접착시켜 놓는 것도 가능하다. 섬유들은 요구되는 방향으로 고정되거나, 스티칭, 니팅 등에 의해서도 서로 연결될 수 있다.

또한, 회전자 블레이드는 8° 내지 50°의 피치 각도를 가질 수 있는 것이 바람직하다.

위에서 설명된 진공 펌프 회전자에 의하면, 특히 400m/s 초과, 바람직하게는 500m/s 초과, 가장 바람직하게는 600m/s 초과하는 높은 선단 속도를 달성하는 것이 가능해진다. 이는 본 발명의 필수적인 이점, 즉 회전자들이 특히 헬륨 및 수소와 같은 가벼운 가스의 이송에도 적합하다는 이점을 갖는다. 이는 또한 높은 이송 용량을 제공하면서도 직경이 감소된 펌프 회전자를 실현할 수 있게 한다.

추가 블레이드 요소들 중 하나가, 바람직하게는 내부 및 외부 추가 블레이드 요소 모두가 섬유 강화 재료, 특히 섬유 강화 플라스틱의 반경 방향 층을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 추가 블레이드 요소들 중 하나가, 바람직하게는 2개의 외부 추가 블레이드 요소가 스프레드 토우 직물 층(spread tow fabric layer)을 포함하는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 보강 요소도 섬유 재료를, 바람직하게는 플라스틱 섬유 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 섬유의 일부는 원주 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 접선 방향 층이 형성된다. 적어도 하나의 유지 요소도 또한 원주 방향으로 연장된 섬유를 포함함으로써 추가적인 접선 방향 층을 형성하는 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 특히 내부 추가 블레이드 요소가 주 섬유 방향에 대해서 반경 방향으로 연장된 섬유를 포함하고, 이에 따라 반경 방향 층이 형성된다. 바람직하게는 2개의 외부 추가 블레이드 요소에는, 섬유들이 상호 교차하는 형태로 배열되고, 바람직하게는 스프레드 토우 직물이 제공된다.

특히, 재료 섬유의 특히 바람직한 상이한 배향을 갖는 바람직하게는 상이한 재료 층들로 만들어진 진공 펌프 회전자의 다층 디자인(multi-layered design)에 의하면, 극히 높은 응력을 견딤으로써 매우 높은 선단 속도를 달성할 수 있는 진공 펌프 회전자를 제공하는 것이 가능해지게 된다.

본 발명에 따르면, 전술한 진공 펌프 회전자의 설계는 송풍기, 통풍기, 가스 이송 분야에서 사용되는 것과 같은 여타 고속 회전 회전자에도 바람직하며, 이는 독립된 발명을 구성한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 일 실시예를 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도 1은 조립된 상태의 진공 펌프 회전자의 부분도 및 부분적 분해도를 도시하는 것으로, 보다 개략적인 묘사가 되게 단순화한 도면이다.

상기 도면에, 서로 연결된 재료 층들을 포함하는 다층 진공 펌프 회전자의 일부가 먼저 도시되어 있다. 여기서, 허브 요소(10)의 일부가 도시되어 있다. 원형 링 형상의 허브 요소(10) 중 하나의 원형 링 세그먼트만이 여기에 도시되어 있다. 허브 요소(10)는 예를 들어 회전자 샤프트를 둘러싸고, 이 회전자 샤프트에 고정되게 연결된다. 일반적으로, 이러한 링 형상의 허브 요소는 축 방향으로 복수 개 배치되고, 이에 따라 복수의 진공 펌프 스테이지가 조립되어 예컨대 터보 분자 펌프용 회전자를 형성한다. 이에 따라, 개개의 허브 요소가 회전자 샤프트에 연결될 수 있거나, 혹은 그들 자신이 대응하는 방식으로 서로 연결됨으로써 회전자 샤프트를 형성할 수 있다. 허브 요소(10)는 이에 연결된 회전자 블레이드들(12)을 구비하고, 이 회전자 블레이드들 각각은 원주 방향에서 반경 방향으로 연장되어 피치를 유지하는데, 보다 명료한 예시를 위해 하나의 회전자 블레이드(12)만 도시되어 있다.

다층 구성을 더 잘 보이게 하기 위해, 도면에는 개별 층들의 분해도가 추가로 포함된다. 이 분해도에는 기부 요소(14)가 중간층으로 도시되어 있다. 예시된 바람직한 실시예에서 전체 진공 펌프 회전자의 구성은 기부 요소(14)에 대해 대칭이다. 기부 요소(14) 상에 보강 요소(16)가 배치되는데, 예시된 보강 요소(16)와 대칭인 대향 측면 상에는 추가 보강 요소가 기부 요소(14)에 대해 대칭되게 배치된다. 이는 내부 추가 블레이드 요소(18)에 의해 형성되는 다음 층에 대해서도 대응하는 방식으로 성립되는데, 제 2 추가 블레이드 요소(18) 자체는 기부 요소(14)에 대해 대칭되게 반대 측면 상에 제공된다. 이에 대응하여, 2개의 외부 추가 블레이드 요소(20)도 또한 제공되고, 이 역시 기부 요소(14)에 대해 대칭으로 배치된다. 추가 요소들로서, 2개의 유지 요소(22)가 제공되는데, 이들도 역시 기부 요소(14)에 대해 대칭으로 배치된다. 여기서, 상기 유지 요소들(22)은 허브 요소(10)의 필수 요소이다.

예시된 바람직한 실시예에서, 대칭 평면을 형성하는 기부 요소(14)는 블레이드(12)의 외부 윤곽에 대응하는 외부 윤곽을 갖는다. 여기서, 기부 요소(14)는, 허브 요소(10) 내로 연장되고 허브 요소(10)의 두 개의 유지 요소들(22) 사이에 각각 배치되는 허브 부재(24)를 포함한다. 이와 관련하여, 두 개의 유지 요소(22)는 링 형상으로 설계되는 것이 바람직하고, 두 개의 링 형상 유지 요소들(22) 사이에는 회전자 블레이드(12)의 수에 대응하는 복수의 허브 부재가 배치되는 것이 고려되게 된다. 허브 부재(24)에는 블레이드 풋(26)이 바람직하게는 일체로 연결된다. 상기 블레이드 풋(26)은 허브 부재와 블레이드 헤드(28) 사이의 연결 요소를 나타낸다. 여기서, 상기 블레이드 헤드(28)는 회전자 블레이드(12)의 필수 부품이다. 기부 요소(14)는 단일품 디자인(one-pieced design)으로 된 것이 바람직하고, 바람직한 일 실시예에 따르면, 탄소 섬유 부직포를 포함한다.

이 다음의 층은 두 개의 상호 대향하는 보강 요소(16)에 의해 형성된다. 예시된 실시예에서, 보강 요소(16)의 외부 윤곽은 허브 부재(24)와 블레이드 풋(26)의 외부 윤곽에 대응한다. 선택적 예로서, 보강 요소(16)는 블레이드 풋(26)의 일부분 안으로만 연장된다. 보강 요소는 그 내측면에 고정 요소를 포함한다. 이 고정 요소는 축 방향 외측으로 연장되고, 두 개의 유지 요소(22) 각각의 뒤에 계합된다. 보강 요소(16)는 접선 방향 층으로 설계되는 것이 바람직하고, 이렇게 되는 한은, 접선 방향의 힘을 원주 방향으로 취하도록 구성된 복수의 섬유를 포함한다. 이 설계에서, 허브의 내부 영역의 두께 구배는 크다.

이 다음의 재료 층이 두 개의 내부 추가 블레이드 요소들(18)에 의해 형성된다. 내부 추가 블레이드 요소들의 외부 윤곽은 기부 요소의 외부 윤곽에 대응한다. 내부 추가 블레이드 요소들(18)은 또 고정 요소(32)에 대응하여 반경 방향으로 유지 요소(22) 뒤에 계합하는 고정 요소(32)를 포함한다. 바람직하게는, 내부 추가 블레이드 요소들(18)의 재료 섬유는 반경 방향으로 배향되고, 이에 따라 이들 층은 반경 방향 층이라고 생각할 수 있다.

이 다음의 재료 층들이 외부 추가 블레이드 요소들(20)에 의해 형성된다. 외부 추가 블레이드 요소들(20)의 외부 윤곽은 기부 요소(14)의 외부 윤곽에 대응한다. 또한, 외부 추가 블레이드 요소들(20)도 또한 반경 방향으로 두 개의 유지 요소(22)의 뒤에 역시 계합하는 고정 요소(34)를 포함한다. 외부 추가 블레이드 요소들(20)은 스프레드 토우 직물로 제조되는 것이 바람직하다.

외측 재료 층은 두 개의 유지 요소(22)에 의해 형성되는데, 여기서 이들 요소는 회전자 블레이드(12) 내로 연장되지 않고 실질적으로 허브 요소를 형성한다. 또한, 유지 요소(22)는 재료 섬유, 바람직하게는 플라스틱 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 본질은 진공 펌프 회전자의 다층 구성이다. 이와 관련하여, 개개의 층의 설계 및 그 각각의 재료는 최적으로 응력에 적응하는 재료의 선택 및 작동 요건에 적합한 한 섬유 배열의 측면에서 선택되는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 극도로 높은 응력을 견디며 400m/s 초과, 바람직하게는 500m/s 초과, 가장 바람직하게는 600m/s 초과하는 선단 속도를 실현할 수 있는 진공 펌프 회전자가 제조될 수 있다.

Claims (20)

1. 터보 분자 펌프용의 진공 펌프 회전자(vacuum-pump rotor)로서,
   회전자 샤프트에 연결하거나 회전자 샤프트를 형성하기 위한 허브 요소(10), 및
   상기 허브 요소(10)에 연결된 복수의 회전자 블레이드(12)를 포함하고,
   상기 허브 요소(10) 및 상기 회전자 블레이드(12) 중 적어도 하나는 복수의 재료 층을 포함하며,
   상기 허브 요소(10)를 둘러싸는 복수의 회전자 블레이드(12)가 제공되고, 각각의 회전자 블레이드는 상기 허브 요소(10)에 연결된 블레이드 풋(blade foot)(26)과, 상기 블레이드 풋에 연결된 블레이드 헤드(blade head)(28)를 포함하며,
   상기 허브 요소(10)는 섬유 강화 재료를 포함하는 적어도 하나의 유지 요소(22)를 포함하고,
   섬유 강화 재료를 포함하는 기부 요소(14)가 재료 층으로서 제공되고, 상기 기부 요소는 상기 적어도 하나의 유지 요소(22)에 직접 또는 간접적으로 연결되며,
   상기 기부 요소(14)는 상기 허브 요소(10)에 배열되는 허브 부재(24)를 포함하고, 상기 블레이드 풋(26)과 상기 블레이드 헤드(28)를 형성하고,
   섬유 강화 재료를 포함하는 적어도 하나의 보강 요소(16)가 추가 재료 층으로서 제공되고, 상기 보강 요소는 상기 유지 요소(22)에 대면 접촉에 의해 연결되며 상기 회전자 블레이드(12)의 블레이드 풋(26) 내로 돌출되며,
   상기 보강 요소(16)의 외부 윤곽은 상기 허브 부재(24)와 상기 블레이드 풋(26)의 외부 윤곽에 대응되는, 진공 펌프 회전자에 있어서,
   섬유 강화 재료를 포함하는 적어도 하나의 추가 블레이드 요소(18, 20)가 추가 재료 층으로서 제공되고, 상기 추가 블레이드 요소는 상기 유지 요소(22)에 연결되며, 상기 블레이드 풋(26) 내로, 그리고 상기 블레이드 헤드(28) 내로 돌출되고,
   상기 보강 요소(16)는, 상기 블레이드 풋(26)의 영역 내에서, 대면 접촉에 의해 상기 추가 블레이드 요소(18, 20)와 상기 기부 요소(14)에 직접 접해있고 상기 기부 요소와 상기 추가 블레이드 요소 사이에 배열되며,
   상기 유지 요소(22)는 섬유 강화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 재료 층 중 적어도 하나의 재료 층은 섬유 강화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 허브 요소(10)는 상기 기부 요소(14)의 허브 부재(24)가 사이에 배치된 2개의 상호 대향하는 유지 요소(22)를 포함하거나, 또는
   상기 보강 요소(16)는, 적어도 부분적으로 축 방향으로 연장되거나 상기 유지 요소(22) 뒤에 계합되는 고정 요소(30)를, 내측면에 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2개의 상호 대향하는 보강 요소(16)가 상기 기부 요소(14)의 상이한 측면들에 배열되는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 추가 블레이드 요소(18, 20)는, 적어도 부분적으로 축 방향으로 연장되거나 상기 유지 요소(22) 뒤에 계합되는 고정 요소(32)를 내측면에 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 추가 블레이드 요소 중 하나의 추가 블레이드 요소(18)는 섬유 강화 재료의 반경 방향 층을 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 추가 블레이드 요소 중 하나의 추가 블레이드 요소(20)는 스프레드 토우 직물(spread tow fabric) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 추가 블레이드 요소 중 적어도 하나의 추가 블레이드 요소는 상기 기부 요소(14)의 블레이드 헤드(28)에 대면 접촉에 의해 연결되는 내부 추가 블레이드 요소(18)로서 구성되는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 추가 블레이드 요소 중 적어도 하나의 추가 블레이드 요소는 상기 내부 추가 블레이드 요소(18)에 대면 접촉에 의해 연결되는 외부 추가 블레이드 요소(20)로서 구성되는 것을 특징으로 하는
   진공 펌프 회전자.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기부 요소(14)와 적어도 하나의 추가 블레이드 요소(18, 20)가 동일한 외부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 회전자.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 블레이드 풋(26) 및 상기 블레이드 헤드(28) 중 적어도 하나의 영역에서, 상기 내부 추가 블레이드 요소(18)는 상기 외부 추가 블레이드 요소(20) 상에 대면 접촉에 의해 직접 접해 있는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 회전자.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 기부 요소(14)에 대해 대칭인 다층 디자인(multi-layered design)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 회전자.
13. 제 10 항에 있어서,
    모든 추가 블레이드 요소(18, 20)가 동일한 외부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 회전자.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 기부 요소(14)와 적어도 하나의 추가 블레이드 요소(18, 20)는 블레이드 형상의 외부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 회전자.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

Images