WO2005052375A1 - Turbomolekularpumpen-rotorstufe - Google Patents

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WO2005052375A1
WO2005052375A1 PCT/EP2004/004091 EP2004004091W WO2005052375A1 WO 2005052375 A1 WO2005052375 A1 WO 2005052375A1 EP 2004004091 W EP2004004091 W EP 2004004091W WO 2005052375 A1 WO2005052375 A1 WO 2005052375A1
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turbomolecular pump
stage
fiber fabric
pump rotor
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Inventor
Markus Henry
Ernst Klütsch
Heinz ENGLÄNDER
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Leybold Vacuum Gmbh
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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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
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    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the invention relates to a turbomolecular pump rotor stage with a plurality of rotor blades, to a turbomolecular pump rotor with a plurality of rotor stages, to a turbomolecular pump and to a method for producing a turbomolecular pump rotor stage.
  • Turbomolecular pumps are pumps with high-speed rotors for the generation of high vacuum and ultra high vacuum.
  • a rapidly rotating rotor is to be understood as a rotor that rotates at speeds of more than 10,000 rpm.
  • the pumping speed of a turbomolecular pump is essentially determined by the peripheral speed of the rotor or the rotor blades in relation to the average thermal molecular speed of the pump gas.
  • the average thermal molecular velocity is, for example, 470 m / s for nitrogen and 1,754 m / s for hydrogen.
  • the rotor including the rotor blades, is usually made of aluminum or an aluminum alloy, since aluminum is relatively light and therefore allows relatively high peripheral speeds.
  • circumferential speeds of up to approx. 400 m / s can be achieved.
  • the ratio of the circumferential speed to the average thermal molecular speed of helium or hydrogen is (considerably) less than 1, so that the pumping speed for these small-molecular gases is relatively poor.
  • Higher peripheral speeds cannot be achieved with the materials mentioned, since the centrifugal forces that occur would cause the rotor blades to flow or destroy them.
  • the pumping speed of the turbomolecular pump can therefore only be improved by increasing the number of rotor stages.
  • the object of the invention is to improve the suction capacity of a turbomolecular pump or a turbomolecular pump rotor stage, to reduce the number of rotor stages of a turbomolecular pump rotor and a method to create such a turbomolecular pump rotor stage.
  • the turbomolecular pump rotor stage according to the invention has rotor blades made of a plastic reinforced with fibers.
  • Fiber-reinforced plastics are preferably CFRP, GFK or aramid.
  • the ratio of the maximum circumferential speed of the rotor blades to the average thermal molecular speed of small-molecule gases is considerably improved, which in turn can significantly improve the pumping speed of a rotor stage.
  • the number of rotor stages of a turbomolecular pump rotor can be reduced. This considerably simplifies the manufacture of the turbomolecular pump, so that the turbomolecular pump can be manufactured more cheaply.
  • Plastics are also largely corrosion-resistant and may therefore not require any further coating to produce corrosion resistance.
  • a preferred direction of the fibers runs approximately radially in each rotor blade.
  • These fibers can be arranged approximately radially parallel to one another within a wing, but can also be arranged exactly radially at small angles to one another and all point to a rotor center axis.
  • further fiber groups that cross the radial fibers can also be arranged in each rotor blade. In this way, the rotor blades are stabilized and stiffened with respect to the other spatial axes.
  • the fibers preferably form a fiber fabric mat which is woven from the fiber groups of different preferred directions.
  • the mechanical stability of the rotor blades is improved by interweaving the fibers of different preferred directions.
  • a plurality of fiber fabric mats preferably lie axially one above the other in the rotor blades, so that each rotor blade is formed and stabilized by a plurality of fiber fabric mats lying one above the other.
  • the rotor blades are parts of a one-piece wing ring.
  • the rotor blades are attached to the outside of a retaining ring on the wing rim.
  • the manufacture and assembly of the one-piece wing ring is easier and cheaper to carry out than the manufacture and assembly of individual rotor blades.
  • the fibers in the region of the connection of a rotor blade to the retaining ring of the wing disc are preferably continuous, ie not interrupted.
  • the area of the connection of a rotor blade to the retaining ring is usually the area of a rotor blade with the smallest cross-sectional area, so that the centrifugal forces related to the area are greatest in this area.
  • the provision of continuous fibers in the area of the connection of the rotor blade to the retaining ring ensures that the rotor blade does not break off from the retaining ring in this area.
  • a turbomolecular pump rotor has a plurality of rotor stages, the rotor blades of which are made of a fiber-reinforced plastic, a rotor shaft being provided to which the rotor stages are individually fastened, and the rotor shaft being made of metal.
  • the weight of the rotor shaft is of little importance for the pumping speed of a turbomolecular pump. Therefore, a metal can be selected as the shaft material which is suitable for this in terms of its mechanical properties, such as strength, elasticity, thermal conductivity and corrosion resistance.
  • a fiber-reinforced plastic is used which, with sufficient strength, is of relatively low mass and is therefore suitable for high speeds.
  • Impregnation of the fiber fabric mats with a curable plastic Impregnation of the fiber fabric mats with a curable plastic
  • the fiber fabric mats can also be cut after the fiber fabric mats have been placed one above the other, but before the fiber fabric mats have been inserted into the rotor step shape.
  • a single fiber fabric mat or only a single layer of a fiber group may also be sufficient for producing a rotor stage.
  • a one-piece rotor stage i. H. a one-piece wing disk made of fiber reinforced plastic.
  • 1 shows a schematic longitudinal section through a turbomolecular pump with three rotor stages
  • 2 shows a rotor stage according to the invention
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a fiber fabric mat in plan view
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a fiber fabric mat
  • FIG. 6 shows a manufacturing step of a method for manufacturing a turbomolecular pump rotor stage.
  • FIG. 1 shows a turbomolecular pump 70 with a rotor 10 with three rotor stages 11, 12, 13 in longitudinal section.
  • Each rotor stage 11, 12, 13 is essentially formed by a one-piece wing disk 15, 16, 17, which are held by a rotor shaft 20.
  • the turbomolecular pump 70 also has a stator housing 62, which in turn has three stator stages 71, 72, 73, which are arranged alternately with the rotor stages 11, 12, 13. Each stator stage 71, 72, 73 is formed by stator blades 68 directed radially inwards.
  • the rotor 10 shown in FIG. 1 has a multi-part rotor shaft 20 which consists of a shaft body 28, a shaft sleeve 40, two spacer rings 41 and an end ring 42.
  • the shaft body 28, the shaft sleeve 40, the spacer rings 41 and the end ring 42 are made of aluminum and are screwed together axially.
  • the wing disks 15, 16, 17 are fixed to the rotor shaft 20.
  • the rotor shaft 20 is driven by an electric drive motor 66.
  • the wing disks 15, 16, 17 are designed differently from one another with respect to their rotor blades and differ in terms of inclination, area and number.
  • a wing disc 15 basically consists of the rotor blades 18 and a retaining ring 19, as shown in FIG. 2.
  • the wing disks 15, 16, 17 are each formed in one piece and consist of fiber-reinforced plastic, for example of GFK, CFK or aramid.
  • FIGS. 3-5 show three different exemplary embodiments of a fiber fabric mat which can be provided in a wing disk for their reinforcement.
  • the fibers are arranged symmetrically to the axis of rotation.
  • a preferred direction 21 of the fibers of a fiber group is radial, so that the fibers of the fiber group with a radial preferred direction 21 are arranged in a star shape.
  • fibers of a second fiber group are each arranged in approximately 60 ° to the radial preferential direction 21, which each cross the radial fibers at an angle of 60 °.
  • the fibers of the fiber groups of the two non-radial preferred directions 22, 23 thus each form two spiral fiber groups with a gradient of 30 ° each.
  • a fiber group is also in one radial preferred direction 21 arranged.
  • the second fiber group has a preferred direction 26 that is perpendicular thereto, so that this fiber group is arranged approximately in a circle.
  • the fiber groups are arranged in three linear preferred directions 36, 37, 38 at an angle of 60 ° to one another.
  • FIGS. 3-5 are each interwoven to form fiber fabric mats, but can also be arranged in an orderly or unordered manner one above the other.
  • Fiber fabric mats with fiber groups with three different preferred directions, as shown in FIG. 5, are available ready-made. Insofar as the strength of such a fiber fabric mat is sufficient for the respective application, corresponding rotor stages can be produced relatively inexpensively with ready-made fiber fabric mats. In a rotor stage, several fiber fabric mats may be arranged one above the other.
  • a plurality of fiber fabric mats 50 are first cut to size so that they are circular and have radial cuts 51 for the formation of rotor blades.
  • the fiber fabric mats 50 are impregnated with a hardenable plastic and then placed exactly one above the other and aligned with one another in a rotor step shape 54 in which the plastic impregnation hardens.
  • the fiber fabric mats 50 can alternatively, they can only be cut radially after being inserted into the rotor step shape 54.
  • a one-piece vane 15 made of a fiber-reinforced plastic, which is light and tensile, and is therefore suitable for high speeds.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Rotorstufen für Turbomolekularpumpen werden üblicherweise aus Metallen, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt. Mit Aluminium-Rotorstufen können Umfangsgeschwindigkeiten bis ca. 400 m/s erreicht werden. Bei derartigen Umfangsgeschwindigkeiten ist das Saugvermögen für kleinmolekulare Gase verhältnismäßig schlecht. Aufgabe der Erfindung war es daher, das Saugvermögen von Turbomolekularpumpen-Rotorstufen zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß damit gelöst, dass die Rotorflügel (18) aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff bestehen. Durch die hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht kann eine derartige Rotorstufe mit einer weit über 400 m/s liegenden Umfangsgeschwindigkeit dauerhaft betrieben werden, so dass das Saugvermögen für kleinmolekulare Gase erheblich verbessert wird.

Description

Turbomolekularpumpen-Rotorstufe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomolekularpumpen- Rotorstufe mit mehreren Rotorflügeln, auf einen Turbomolekularpumpen-Rotor mit mehreren Rotorstufen, auf eine Turbomolekularpumpe und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Turbomolekularpumpen-Rotorstufe .
Turbomolekularpumpen sind Pumpen mit schnelldrehenden Rotoren zur Erzeugung von Hochvakuum und Ultrahochvakuum. Unter einem schnelldrehenden Rotor ist vorliegend ein Rotor zu verstehen, der mit Drehzahlen von mehr als 10.000 U/min rotiert. Das Saugvermögen einer Turbomolekularpumpe wird im wesentlichen bestimmt von der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors bzw. der Rotorflügel im Verhältnis zur mittleren thermischen Molekulargeschwindigkeit des Pumpgases . Die mittlere thermische Molekulargeschwindigkeit beträgt beispielsweise für Stickstoff 470 m/s und für Wasserstoff 1.754 m/s.
Der Rotor einschließlich der Rotorflügel wird in der Regel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, da Aluminium relativ leicht ist und daher verhältnismäßig hohe Umfangsgeschwindigkeiten erlaubt . Mit Aluminium-Rotoren lassen sich Umfangsgeschwindigkeiten bis maximal ca. 400 m/s realisieren. Bei Umfangsgeschwindigkeiten von 400 m/s ist das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit zur mittleren thermischen Molekulargeschwindigkeit von Helium oder Wasserstoff (erheblich) kleiner als 1, so dass das Saugvermögen für diese kleinmolekularen Gase relativ schlecht ist. Höhere Umfangsgeschwindigkeiten lassen sich mit den genannten Materialien nicht realisieren, da die auftretenden Zentrifugalkräfte die Rotorflügel zum Fließen bringen oder zerstören würden. Das Saugvermögen der Turbomolekularpumpe kann daher nur durch Erhöhung der Anzahl der Rotorstufen verbessert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Saugvermogen einer Turbomolekularpumpe bzw. einer Turbomolekularpumpen-Rotorstufe zu verbessern, die Anzahl an Rotorstufen eines Turbomolekularpumpen-Rotors zu verringern und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Turbomolekularpumpen- Rotorstufe zu schaffen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 10, 11 bzw. 12.
Die erfindungsgemäße Turbomolekularpumpen-Rotorstufe weist Rotorflügel aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff auf. Faserverstärkte Kunststoffe sind vorzugsweise CFK, GFK oder Aramid. Durch den Einsatz eines faserverstärkten Kunststoffes für die Rotorflügel einer Turbomolekularpumpen-Rotorstufe wird eine Rotorstufe zur Verfügung gestellt, deren am stärksten der Zentrifugalbeschleunigung ausgesetzte Teil aus einem sehr leichten und gleichzeitig durch die Fasern sehr zugfesten Material besteht. Durch die auf diese Weise realisierte Zugfestigkeit und das geringe spezifische Gewicht der Rotorflügel können erheblich höhere Rotor- Umfangsgeschwindigkeiten realisiert werden. Hierdurch wird das Verhältnis der maximalen Umfangsgeschwindigkeit der Rotorflügel zu der mittleren thermischen Molekulargeschwindigkeit kleinmolekularer Gase erheblich verbessert, wodurch wiederum das Saugvermögen einer Rotorstufe erheblich verbessert werden kann. Durch die Verbesserung des Saugvermögens einer Rotorstufe kann die Anzahl der Rotorstufen eines Turbomolekularpumpen-Rotors reduziert werden. Hierdurch wird die Herstellung der Turbomolekularpumpe erheblich vereinfacht, so dass die Turbomolekularpumpe preiswerter herstellbar ist. Kunststoffe sind ferner weitgehend korrosionsbeständig und bedürfen daher ggf. keiner weiteren Beschichtung zur Herstellung einer Korrosionsbeständigkeit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft in jedem Rotorflügel eine Vorzugsrichtung der Fasern annähernd radial . Diese Fasern können innerhalb eines Flügels parallel zueinander ungefähr radial angeordnet sein, können jedoch auch in kleinen Winkeln zueinander exakt radial angeordnet sein und alle auf eine Rotormittelachse zeigen. Neben den annähernd radial angeordneten Fasern können in jedem Rotorflügel auch weitere Fasergruppen angeordnet sein, die die radialen Fasern kreuzen. Auf diese Weise werden die Rotorflügel auch in Bezug auf die übrigen Raumachsen stabilisiert und versteift.
Vorzugsweise bilden die Fasern eine Fasergewebematte, die aus den Fasergruppen verschiedener Vorzugsrichtungen gewoben ist. Durch die Verwebung der Fasern verschiedener Vorzugsrichtungen miteinander wird die mechanische Stabilität der Rotorflügel verbessert. Vorzugsweise liegen in den Rotorflügeln jeweils mehrere Fasergewebematten axial übereinander, so dass jeder Rotorflügel durch mehrere übereinander liegende Fasergewebematten gebildet und stabilisiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Rotorflügel Teile eines einstückigen Flügelkranzes. Die Rotorflügel sind an der Außenseite eines Halteringes des Flügelkranzes befestigt. Die Herstellung und Montage des einstückigen Flügelkranzes ist einfacher und preiswerter vornehmbar als die Herstellung und Montage einzelner Rotorflügel. Vorzugsweise sind die Fasern im Bereich der Anbindung eines Rotorflügels an den Haltering der Flügelscheibe durchgehend, d. h. nicht unterbrochen. Der Bereich der Anbindung eines Rotorflügels an den Haltering ist üblicherweise der Bereich eines Rotorflügels mit der kleinsten Querschnittsfläche, so dass in diesem Bereich die auf die Fläche bezogenen Zentrifugalkräfte am größten sind. Durch das Vorsehen durchgehender Fasern im Bereich der Anbindung des Rotorflügels an den Haltering wird sichergestellt, dass der Rotorflügel in diesem Bereich nicht von dem Haltering abbricht.
Gemäß einem nebengeordneten Patentanspruch weist ein Turbomolekularpumpen-Rotor mehrere Rotorstufen auf, deren Rotorflügel aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff bestehen, wobei eine Rotorwelle vorgesehen ist, an der die Rotorstufen einzeln befestigt sind, und wobei die Rotorwelle aus Metall besteht. Das Gewicht der Rotorwelle ist für das Saugvermögen einer Turbomolekularpumpe ohne große Bedeutung. Daher kann als Wellenwerkstoff ein Metall gewählt werden, das bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit, Elastizität, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit hierfür geeignet ist. Für die Rotorstufen dagegen wird ein faserverstärkter Kunststoff verwendet, der bei ausreichender Festigkeit von relativ geringer Masse und daher für hohe Drehzahlen geeignet ist.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer Turbomolekularpumpen-Rotorstufe sind die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen: Schneiden mehrerer Fasergewebematten zur Ausbildung von Rotorflügelbereichen,
Imprägnieren der Fasergewebematten mit einem aushärtbaren Kunststoff,
Einlegen mehrerer Fasergewebematten übereinander in eine Rotorstufenform, und
Aushärten der Rotorstufe.
Das Schneiden der Fasergewebematten kann auch nach dem Ubereinanderlegen der Fasergewebematten, jedoch vor Einlegen der Fasergewebematten in die Rotorstufenform, erfolgen. Für die Herstellung einer Rotorstufe kann ggf. auch eine einzige Fasergewebematte oder nur eine einzige Lage einer Fasergruppe ausreichend sein.
Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren kann auf relativ einfache Weise eine einstückige Rotorstufe, d. h. eine einstückige Flügelscheibe aus mit Fasern verstärktem Kunststoff hergestellt werden.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Turbomolekularpumpe mit drei Rotorstufen, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Rotorstufe,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Fasergewebematte in Draufsicht,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Fasergewebematte in Draufsicht,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Fasergewebematte, und Fig. 6 einen Herstellungsschritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Turbomolekularpumpen-Rotorstufe.
In der Fig. 1 ist im Längsschnitt eine Turbomolekularpumpe 70 mit einem Rotor 10 mit drei Rotorstufen 11,12,13 dargestellt. Jede Rotorstufe 11,12,13 wird im wesentlichen gebildet von einer einstückigen Flügelscheibe 15,16,17, die von einer Rotorwelle 20 gehalten werden.
Die Turbomolekularpumpe 70 weist ferner ein Stator-Gehäuse 62 auf, das wiederum drei Statorstufen 71,72,73 aufweist, die alternierend mit den Rotorstufen 11,12,13 angeordnet sind. Jede Statorstufe 71,72,73 wird von radial nach innen gerichteten Statorflügeln 68 gebildet.
Der in Fig. 1 dargestellte Rotor 10 weist eine mehrteilige Rotorwelle 20 auf, die aus einem Wellenkörper 28, einer Wellenhülse 40, zwei Distanzringen 41 und einem Abschlussring 42 besteht. Der Wellenkörper 28, die Wellenhülse 40, die Distanzringe 41 und der Abschlussring 42 bestehen aus Aluminium und sind axial miteinander verschraubt. Auf diese Weise sind die Flügelscheiben 15,16,17 an der Rotorwelle 20 fixiert. Die Rotorwelle 20 wird durch einen elektrischen Antriebsmotor 66 angetrieben.
Die Flügelscheiben 15,16,17 sind bezüglich ihrer Rotorflügel verschieden voneinander ausgebildet und unterscheiden sich bezüglich der Neigung, Fläche und Anzahl. Eine Flügelscheibe 15 besteht grundsätzlich aus den Rotorflügeln 18 und einem Haltering 19, wie in Fig. 2 dargestellt.
Die Flügelscheiben 15,16,17 sind jeweils einstückig ausgebildet und bestehen aus mit Fasern verstärktem Kunststoff, beispielsweise aus GFK, CFK oder Aramid. In den Figuren 3 - 5 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele einer Fasergewebematte dargestellt, die in einer Flügelscheibe zu ihrer Verstärkung vorgesehen sein können.
Bei der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform einer Fasergewebematte sind die Fasern symmetrisch zur Rotationsachse angeordnet. Eine Vorzugsrichtung 21 der Fasern einer Fasergruppe ist radial, so dass die Fasern der Fasergruppe mit radialer Vorzugsrichtung 21 sternartig angeordnet sind. Ferner sind Fasern einer zweiten Fasergruppe jeweils in ungefähr 60° zu der radialen Vorzugsrichtung 21 angeordnet, die die radialen Fasern jeweils in einem Winkel von 60° kreuzen. Die Fasern der Fasergruppen der beiden nichtradialen Vorzugsrichtungen 22,23 bilden also jeweils zwei Spiralen-Fasergruppen mit einer Steigung von jeweils 30°.
In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Fasergewebematte 55 ist eine Fasergruppe ebenfalls in einer radialen Vorzugsrichtung 21 angeordnet. -Die zweite Fasergruppe hat eine hierzu senkrecht stehende Vorzugsrichtung 26, so dass diese Fasergruppe annähernd kreisartig angeordnet sind.
In dem in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel einer Fasergewebematte 60 sind die Fasergruppen in drei linearen Vorzugsrichtungen 36,37,38 in einem Winkel von jeweils 60° zueinander angeordnet.
Die verschiedenen Fasergruppen der Figuren 3 - 5 sind jeweils zu Fasergewebematten miteinander verwoben, können jedoch auch geordnet oder ungeordnet übereinander liegend angeordnet sein.
Fasergewebematten mit Fasergruppen mit drei verschiedenen Vorzugsrichtungen, wie in Fig. 5 dargestellt, sind fertig konfektioniert erhältlich. Soweit die Festigkeit einer derartigen Fasergewebematte ausreichend für die jeweilige Anwendung ist, können mit fertig konfektionierten Fasergewebematten relativ preiswert entsprechende Rotorstufen hergestellt werden. In einer Rotorstufe sind ggf. mehrere Fasergewebematten übereinander angeordnet.
Bei der Herstellung einer Flügelscheibe 15 werden zunächst mehrere Fasergewebematten 50 derart zurechtgeschnitten, dass sie kreisförmig sind und radiale Schnitte 51 zur Ausbildung von Rotorflügeln aufweisen. Die Fasergewebematten 50 werden mit einem aushärtbaren Kunststoff imprägniert und anschließend genau übereinander liegend und miteinander ausgerichtet in eine Rotorstufenform 54 gelegt, in der die Kunststoff- Imprägnierung aushärtet. Die Fasergewebematten 50 können alternativ auch erst nach dem Einlegen in die Rotorstufenform 54 radial eingeschnitten werden.
Nach dem Aushärten liegt eine einstückige Flügelscheibe 15 aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff vor, die leicht und zugfest, und daher für hohe Drehzahlen geeignet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) mit mehreren Rotorflügeln (18) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Rotorflügel (18) aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff bestehen.
2. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Rotorflügel (18) eine Vorzugsrichtung (21) der Fasern annähernd radial verläuft .
3. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Fasergewebematte (50) bilden.
4. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rotorflügeln (18) mehrere Fasergewebematten (50) axial übereinander liegen.
5. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (18) Teile einer einstückigen Flügelscheibe (15) sind.
6. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern im Bereich der Anbindung eines Rotorflügels (18) an einen Haltering (19) der Flügelscheibe (15) durchgehend sind.
7. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (18) aus GFK bestehen.
8. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (18) aus CFK bestehen.
9. Turbomolekularpumpen-Rotorstufe (11) nach Anspruch 1 - 6, •dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (18) aus Aramid bestehen.
10. Turbomolekularpumpen-Rotor (10) mit mehreren Rotorstufen (11,12,13) nach einem der Ansprüche 1 - 9, mit einer Rotorwelle (20), an der die Rotorstufen (11,12,13) bildenden Flügelscheiben (15,16,17) einzeln befestigt sind, wobei die Rotorwelle (20) aus Metall besteht.
11. Turbomolekularpumpe (70) mit einem Rotor (10) nach Anspruch 10.
12. Verfahren zur Herstellung einer Turbomolekularpumpen- Rotorstufe nach einem der Ansprüche 1 - 9, mit den Verfahrensschritten:
- Schneiden mehrerer Fasergewebematten (50) zur Ausbildung von Rotorflügelbereichen (51) , Imprägnieren der Fasergewebematten (50) mit einem aushärtbaren Kunststoff,
Einlegen mehrerer Fasergewebematten (50) axial übereinander in eine Rotorstufenform (54) , und
Aushärten der Fasergewebematten (50) zu einer Flügelscheibe (15) .
PCT/EP2004/004091 2003-11-20 2004-04-17 Turbomolekularpumpen-rotorstufe WO2005052375A1 (de)

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