WO2003076809A1 - Verfahren zur herstellung des rotors einer reibungsvakuumpumpe sowie nach diesem verfahren hergestellter rotor - Google Patents

Verfahren zur herstellung des rotors einer reibungsvakuumpumpe sowie nach diesem verfahren hergestellter rotor Download PDF

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Heinz ENGLÄNDER
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
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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
    • 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 invention relates to a method for producing the rotor of a friction vacuum pump according to the features of the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a rotor produced by this method.
  • the present invention is based on the object of reducing the processing times previously required and thus the costs of producing rotors for friction vacuum pumps.
  • the invention allows rows of blades with different angles of attack or wing profiles to be formed in a simple manner by machining operations. This can be achieved by varying the pitch of the thread grooves according to the desired circumstances.
  • the milling times can also be reduced to a minimum or the milling can be completely replaced by turning operations.
  • FIGS. 1 to 4 highly schematic rotors, manufactured according to the invention, the rotors of Figures 1 and 2 in the semi-finished State are shown
  • FIGs 8 and 9 partial sections through friction vacuum pumps with rotors, produced according to the invention.
  • the rotor is labeled 1 and its hub 2.
  • the hub 2 carries blade rows 4 separated by circumferential grooves 3, the individual blades being designated by 5.
  • rows of stator blades 9 engage in the circumferential grooves 3. The rotation of the rotor 1 effects the desired delivery of gases from the suction side 11 to the pressure side 12 of the rotor 1.
  • Figures 1 to 3 show how a rotor 1 can be manufactured according to the invention.
  • a z. B. cylindrical blank either with thread grooves 13 (Figure 1) or with radial circumferential grooves 3 ( Figure 2).
  • the hub 2 of the rotors 1 is formed.
  • the hub 2 according to FIG. 1 carries one or more threaded webs 14, the hub 2 according to FIG. 2 carries radial webs 15 extending over the circumference.
  • Separate rows of blades 4 remain on the hub 2 through the circumferential grooves 3.
  • the profiles (width, length, cross section) and the angle of attack of the blades 5 of a row of blades 4 depend on the width and depth the adjacent grooves 3, 13 and from the slope of the thread grooves 13 at the level of the respective blade row 4.
  • FIG. 4 shows a rotor 1 which has thread grooves / webs 13, 14 over its entire height. Radial circumferential grooves 3 are additionally provided only in its upper region. These measures result in a one-piece rotor 1 for a friction vacuum pump, which is designed in sections (on the suction side) as a turbomolecular pump and (on the pressure side) as a molecular pump (Holweck pump).
  • FIG. 4 shows that the pitch and, above all, changes in pitch of the thread webs 14 can be selected as desired, so that the conveying properties can be adapted exactly to the pressures prevailing at every point of the conveying channel.
  • FIGS. 6 and 7 show a rotor 1, in which the thread webs 14 have a constant pitch over its entire height.
  • Figure 5 shows the rotor 1 in a semi-finished state; it only has the thread webs 14 or thread grooves 13.
  • FIGS. 6 and 7 show different views (FIG. 6 side view, FIG. 7 a view obliquely from below) of the finished rotor 1. After the thread grooves 13 have been produced, the radial circumferential grooves 3 have been produced by turning.
  • FIG. 8 shows a section through the active pumping area of a turbomolecular pump 21. Stator blades 9 engage in the radial circumferential grooves 3 of the rotor 1 produced according to the invention.
  • a stator 22 with stator rings and blade rings serves to hold the stator blades 9 in a known manner.
  • the depth of the circumferential grooves 3 decreases from the suction side 11 to the pressure side 12.
  • the result is a conveying cross section that decreases from the suction side to the pressure side.
  • the method according to the invention allows a rotor 1 to be manufactured in a simple manner with the described or other conveying properties.
  • suction-side section of the pump 21 is designed as a turbomolecular pump.
  • the pressure-side section is formed with, thread grooves / webs 13, 14, the depth / height of which decreases on the pressure side. Together with the inner surface of the stator 22, it forms a Holweck pump.
  • a third pump stage 23 is also indicated, which adjoins the Holweck pump stage of the rotor 1. It comprises a thread 24 embedded in the stator 22, which forms a further fetch pump stage with a cylinder 25 attached to the rotor 1.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotors (1) für eine Reibungsvakuumpumpe (21), die zumindest abschnittsweise als Turbomolekularvakuumpumpe mit Rotorschaufeln (5) und Statorschaufeln (9) ausgebildet ist, wobei der Rotor (1) eine Nabe (2) aufweist, die auf ihrer Umfangsfläche die Pumpstrukturen trägt; die rotorseitigen Pumpstrukturen bestehen zumindest abschnittsweise aus in Reihen (4) angeordneten Schaufeln (5), welche durch spanabhebende Operationen aus der Oberfläche eines Rohlings ausgebildet werden; zu den spanabhebenden Operationen gehört die Herstellung von radialen Umfangsnuten (3), in die im montierten Zustand der Pumpe Statorschaufelreihen (9) eingreifen; zur Vereinfachung der Bearbeitung des Rotors (1) wird vorgeschlagen, dass eine weitere spanabhebende Operation darin besteht, dass die Aussenfläche des Rohlings mit einer oder mehreren Gewindenuten (13) versehen wird.

Description

Verfahren zur Herstellung des Rotors einer Reibungsva- kuumpumpe sowie nach diesem Verfahren hergestellter Rotor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des Rotors einer ReibungsVakuumpumpe nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen nach diesem Verfahren hergestellten Rotor.
Es ist bekannt, die einzelnen Flügel des Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe dadurch herzustellen, dass die Außenfläche eines zylindrischen Rohlings (vorzugsweise aus Aluminium) derart mit radialen Umfangsnuten und axial gerichteten Nuten versehen wird, dass Schaufeln entstehen, die in zur Drehachse senkrecht liegenden Ebenen, liegen. Um pumpwirksame Schaufeln zu erhalten, muß jede der Vielzahl der Schaufeln anschließend geschränkt werden. In der Regel sollen die Schaufeln je nach ihrem Abstand vom Einlass unterschiedliche Anstellwinkel/Schränkwinkel haben. Weitere Variationen der Flügelprofile lässt das bekannte Herstellungsverfahren nicht zu.
Bekannt ist weiterhin, die Schaufeln derart durch Fräsen aus der Oberfläche eines Rohlings heraus zu arbeiten, dass ein anschließendes Schränken nicht mehr er- forderlich ist. Dieses Herstellungsprocedere ist mit langen Bearbeitungszeiten verbunden, zumal es wünschenswert ist, dass die Schaufeln unterschiedlicher Schaufelreihen unterschiedliche Flügelprofile und/oder Anstellwinkel haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bisher benötigten Bearbeitungszeiten und damit die Kosten der Herstellung von Rotoren für ReibungsVakuumpumpen zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung erlaubt es in einfacher Weise durch spanabhebende Operationen Schaufelreihen mit unterschiedlichen Anstellwinkeln oder Flügelprofilen auszubilden. Dieses kann dadurch erreicht werden, dass die Steigung der Gewindenuten entsprechend den gewünschten Gegebenheiten variiert wird. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren können außerdem die Fräszeiten auf ein Minimum reduziert bzw. das Fräsen vollständig durch Drehoperationen ersetzt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Es zeigen
Figuren 1 bis 4 stark schematisierte Rotoren, hergestellt nach der Erfindung, wobei die Rotoren nach den Figuren 1 und 2 im halbfertigen Zustand dargestellt sind,
- Figuren 5 bis 7 detaillierter dargestellte Rotoren, hergestellt nach der Erfindung, wobei der Rotor nach Figur 5 im halbfertigen Zustand dargestellt ist, sowie
Figuren 8 und 9 Teilschnitte durch ReibungsVakuumpumpen mit Rotoren, hergestellt nach der Erfindung.
In allen Figuren sind der Rotor jeweils mit 1 und seine Nabe mit 2 bezeichnet. Bei fertigen Rotoren trägt zumindest ein Abschnitt der Nabe 2 durch Umfangsnuten 3 getrennte Schaufelreihen 4, wobei die einzelnen Schaufeln jeweils mit 5 bezeichnet sind. Im montierten Zustand (Figuren 7 und 8) greifen Statorschaufelreihen 9 in die Umfangsnuten 3 ein. Die Drehung des Rotors 1 bewirkt die gewünschte Förderung von Gasen von der Saugseite 11 zur Druckseite 12 des Rotors 1.
Die Figuren 1 bis 3 lassen erkennen, wie ein Rotor 1 nach der Erfindung hergestellt werden kann. Zunächst wird ein z. B. zylindrischer Rohling entweder mit Gewindenuten 13 (Figur 1) oder mit radialen Umfangsnuten 3 (Figur 2) versehen. Nach diesem Schritt entsteht jeweils die Nabe 2 der Rotoren 1. Die Nabe 2 nach Figur 1 trägt ein oder mehrere Gewindestege 14, die Nabe 2 nach Figur 2 trägt sich über den Umfang erstreckende Radialstege 15. Danach wird der Rotor 1 nach Figur 1 mit den Umfangsnuten 3 und der Rotor 1 nach Figur 2 mit den Ge- windenuten 13 versehen. Dadurch entsteht bei beiden Verfahren der Rotor 1 nach Figur 3. Auf der Nabe 2 verbleiben durch die Umfangsnuten 3 getrennte Schaufelreihen 4. Die Profile (Breite, Länge, Querschnitt) und die Anstellwinkel der Schaufeln 5 einer Schaufelreihe 4 hängen von der Breite und der Tiefe der angrenzenden Nuten 3, 13 sowie von der Steigung der Gewindenuten 13 in Höhe der jeweiligen Schaufelreihe 4 ab.
Figur 4 zeigt einen Rotor 1, der über seine gesamte Höhe Gewindenuten/-stege 13, 14 aufweist. Nur in seinem oberen Bereich sind zusätzlich radiale Umfangsnuten 3 vorgesehen. Durch diese Maßnahmen entsteht ein einstückiger Rotor 1 für eine ReibungsVakuumpumpe, die abschnittsweise (saugseitig) als Turbomolekularpumpe und (druckseitig) als Molekularpumpe (Holweckpumpe) ausgebildet ist. Figur 4 lässt schließlich erkennen, dass die Steigung und vor allem auch Steigungsänderungen der Gewindestege 14 beliebig wählbar sind, so dass die Fördereigenschaften exakt den an jeder Stelle des Förderkanals herrschenden Drücken angepasst werden können.
Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen einen Rotor 1, bei dem die Gewindestege 14 über seine gesamte Höhe eine konstante Steigung haben. Figur 5 zeigt den Rotor 1 in halbfertigem Zustand; er weist nur die Gewindestege 14 bzw. Gewindenuten 13 auf. Die Figuren 6 und 7 zeigen verschiedene Ansichten (Figur 6 Seitenansicht, Figur 7 eine Ansicht schräg von unten) des fertigen Rotors 1. Nach der Herstellung der Gewindenuten 13 sind die radialen Umfangsnuten 3 durch Drehen hergestellt worden. Figur 8 zeigt einen Schnitt durch den pumpaktiven Bereich einer Turbomolekularpumpe 21. In die radialen Umfangsnuten 3 des nach der Erfindung hergestellten Rotors 1 greifen Statorschaufeln 9 ein. Der Halterung der Statorschaufeln 9 dient in bekannter Weise ein zylindrischer Stator 22 mit Statorringen und Schaufelringen. Die Tiefe der Umfangsnuten 3 nimmt von der Saugseite 11 zur Druckseite 12 ab. Entsprechendes gilt für die Länge der pumpwirksamen Schaufeln der Schaufelreihen 9. Das Ergebnis ist ein Förderquerschnitt, der von der Saugseite zur Druckseite abnimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es in einfacher Weise, einen Rotor 1 mit den beschriebenen oder auch anderen Fördereigenschaften herzustellen.
Bei der Ausführung nach Figur 9 ist nur der saugseitige Abschnitt der Pumpe 21 als Turbomolekularpumpe ausgebildet. Der druckseitige Abschnitt ist mit, Gewindenuten /-Stegen 13, 14 ausgebildet, deren Tiefe/Höhe zur Druckseite abnimmt. Gemeinsam mit der Innenfläche des Stators 22 bildet er eine Holweckpumpe. Angedeutet ist noch eine dritte Pumpstufe 23, die sich an die Holweck- pumpstufe des Rotors 1 anschließt. Sie umfasst ein in den Stator 22 eingelassenes Gewinde 24, das mit einem am Rotor 1 befestigten Zylinder 25 eine weitere Hol- weckpumpstufe bildet.

Claims

Verfahren zur Herstellung des Rotors einer Rβibungs akuumpumpe sowie nach diesem Verfahren hergestellter Rotor
PATENTANSPRUCHE
Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotors (1) für eine ReibungsVakuumpumpe (21), die zumindest abschnittsweise als Turbomolekularvakuumpumpe mit Rotorschaufeln (5) und Statorschaufeln (9) ausgebildet ist, wobei der Rotor (1) eine Nabe (2) aufweist, die auf ihrer Umfangsflache die Pumpstrukturen trägt; die rotorseitigen Pumpstrukturen bestehen zumindest abschnittsweise aus in Reihen (4) angeordneten Schaufeln (5) , welche durch spanabhebende Operationen aus der Oberfläche eines Rohlings ausgebildet werden; zu den spanabhebenden Operationen gehört die Herstellung von radialen Umfangsnuten (3), in die im montierten Zustand der Pumpe Statorschaufelreihen (9) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere spanabhebende Operation darin besteht, dass die Außenfläche des Rohlings mit einer oder mehreren Gewindenuten (13) versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Gewindestruktur durch Fräsen und danach die Umfangsnuten (3) durch Drehen hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestruktur und die Umfangsnuten (3) durch Drehen hergestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Umfangsnuten (3) und danach die Gewindestruktur hergestellt werden.
5. Nach einem der Verfahren nach den vorhergehenden Patentansprüchen hergestellter Rotor (1) , dadurch gekennzeichnet, dass Gewindenuten (13) und Umfangsnuten (3) Rotorschaufeln (5) bilden.
6. Rotor (1) nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass er über seine gesamte Höhe Gewindenuten (13) und abschnittsweise Umfangsnuten (3) aufweist.
7. Rotor (1) nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten (3, 13) vom saugseitigen Ende (11) des zum druckseitigen Ende 812) des Rotors (1) zumindest abschnittsweise abnimmt.
8. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er auf seinem druckseitigen Ende (12) einen koaxial angeordneten Zylinder (25) trägt.
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