DE10203648B4

DE10203648B4 - Rotor-und Statorscheiben für eine Turbomolekularpumpe

Info

Publication number: DE10203648B4
Application number: DE10203648.9A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Lotz
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: DE10203648A1

Abstract

Rotor- (12) und Statorscheiben (14) für eine Turbomolekularpumpe, welche abwechselnd hintereinander angeordnet sind, und Schaufelkränze mit schräg zur Scheibenebene angestellten Schaufeln aufweisen, wodurch radial verlaufende Schlitze zwischen den Schaufeln bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln mit einer Struktur versehen sind derart, dass Erhebungen (16r, 16s) an den Schaufeln einer Rotor- (12) oder Statorscheibe (14) Vertiefungen (18s, 18r) an den Schaufeln der jeweils benachbarten Stator- (14) oder Rotorscheiben (12) gegenüber stehen.

Description

Die Erfindung betrifft Rotor- und Statorscheiben für eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.
Der pumpaktive Teil einer Turbomolekularpumpe besteht aus Rotor- und Statorscheiben, die abwechselnd hintereinander angeordnet sind und Schaufelkränze aufweisen. Die Pumpwirkung beruht darauf, dass durch die Schaufeln der Rotorscheiben Impulse in Pumprichtung auf die Moleküle des zu pumpenden Gases übertragen werden. Die charakteristischen Eigenschaften einer Turbomolekularpumpe sind Druckverhältnis und Saugvermögen. Beide Eigenschaften werden vornehmlich durch die Umfangsgeschwindigkeit des Schaufelkranzes der Rotorscheiben sowie durch die Bauweise der einzelnen Scheiben und des gesamten Scheibenpaketes bestimmt. In der Praxis werden die Pumpeigenschaften zusätzlich durch Rückströmverluste negativ beeinflusst. Rückströmungen finden in axialer und in radialer Richtung statt. Rückströmungen, welche auf Grund des Druckgefälles in axialer Richtung zwischen den Scheiben auftreten, werden weitgehend verhindert, wenn die Schaufeln so konstruiert sind, dass sie in axialer Richtung optisch dicht sind ( DE 2 035 063 A , DE 2 717 366 A1 ).
Da die Umfangsgeschwindigkeit längs eines Schaufelradius ansteigt, ergeben sich unterschiedliche Werte für Saugvermögen und Druckverhältnis auch in radialer Richtung, wodurch wiederum radiale Strömungen verursacht werden, welche die Pumpeigenschaften negativ beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, innere Verluste zwischen Rotor- und Statorscheiben zu reduzieren und so die Pumpeigenschaften zu verbessern. Dazu sollen Scheiben für eine Turbomolekularpumpe vorgestellt werden, welche in radialer Richtung eine totale oder nahezu totale optische Dichtheit aufweisen, wodurch radiale Strömungen, welche einen nachteiligen Einfluss auf die Pumpeigenschaften ausüben, unterbunden werden. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst.
Die Ansprüche 2–8 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
Durch die erfinderische Anordnung werden radiale Strömungen zwischen den Scheiben, welche sich nachteilig auf die Pumpeigenschaften, wie Druckverhältnis und Saugvermögen, auswirken, weitgehend unterdrückt. Es werden vier Bauarten vorgestellt, die wiederum in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden können. Bei der ersten Bauart werden die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln mit einer Struktur versehen, wodurch dem freien Weg der Moleküle in radialer Richtung Hindernisse entgegengesetzt werden. Dabei ist die Scheibendicke über den Durchmesser konstant, so dass sie als parallele Scheiben bezeichnet werden können. Die zweite Bauart besteht aus konischen Scheiben, d. h. die Dicke der Rotorscheiben nimmt von innen nach außen hin ab, und entsprechend steigt die Dicke der Statorscheiben mit dem Radius an. Wie bei der ersten Bauart sind die axialen Begrenzungslinien mit Strukturen versehen. Diese Bauart erleichtert die Montage, wenn Statorhalbscheiben zwischen die Rotorschaufeln geschoben werden, und verbessert das Festigkeitsverhalten. Bei der dritten Bauart wird der freie Flug der Moleküle in radialer Richtung unterbunden, indem die Statorscheiben mit herkömmlicher Schaufelstruktur mit zylinderförmigen zentrischen Ringen versehen sind, denen auf den benachbarten Rotorscheiben Nuten gegenüber stehen. Diese Ringe ragen über die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln hinaus und verhindern so den freien Durchgang der Moleküle in radialer Richtung. Bei der vierten Bauart sind die Statorscheiben mit den Ringen und die entsprechenden Rotorscheiben mit den Nuten konisch ausgebildet, wie bei der zweiten Bauart beschrieben.
Die vier Bauarten sind jeweils in zwei Ausführungsformen möglich. Bei der Ausführungsart A darf die Dicke der Statorscheiben einschließlich der axialen Struktur bzw. der axialen Ausdehnung der zentrischen Ringe nicht größer sein als der Abstand zwischen zwei Rotorscheiben. Nur dann kann die herkömmliche Montage vorgenommen werden, bei der Statorhalbscheiben zwischen die Rotorscheiben geschoben werden. Bei der Ausführungsform B ist die Dicke der Statorscheiben einschließlich der axialen Struktur bzw. der axialen Ausdehnung der zentrischen Ringe größer als der Abstand zwischen zwei Rotorscheiben. Es entsteht also eine Verzahnung von Rotor- und Statorscheiben in axialer Richtung. In diesen Fällen muss die Montage so erfolgen, dass Rotor- und Statorscheiben abwechselnd hintereinander gestapelt werden. Die Freiräume zwischen Rotor- und Statorscheiben sind hier in radialer Richtung optisch überdicht, wodurch der freie Durchgang von Molekülen ganz unterbunden wird.
Anhand der 1–5 soll die Erfindung an Beispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Turbomolekularpumpe mit der erfinderischen Anordnung
2a einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 der parallelen Bauart in optisch dichter Ausführung
2b einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 der parallelen Bauart in optisch überdichter Ausführung
3a einen vergrößerten Ausschnitt der konischen Bauart in optisch dichter Ausführung
3b einen vergrößerten Ausschnitt der konischen Bauart in optisch überdichter Ausführung
4a einen vergrößerten Ausschnitt der parallelen Bauart mit Ringen in optisch dichter Ausführung
4b einen vergrößerten Ausschnitt der parallelen Bauart mit Ringen in optisch überdichter Ausführung
5a einen vergrößerten Ausschnitt der konischen Bauart mit Ringen in optisch dichter Ausführung
5b einen vergrößerten Ausschnitt der konischen Bauart mit Ringen in optisch überdichter Ausführung
1 zeigt eine Gasreibungspumpe mit dem Gehäuse 1, welches mit einer Ansaugöffnung 2 und einer Gasaustrittsöffnung 3 versehen ist. Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 5 und 6 fixiert und wird durch den Motor 7 angetrieben. Auf der Rotorwelle 4 sind die Rotorscheiben 12 befestigt. Diese sind mit pumpaktiven Strukturen versehen, welche an sich bekannt sind und aus Schaufelkränzen mit schräg zur Scheibenebene angestellten Schaufeln bestehen. Dadurch werden radial verlaufende Schlitze zwischen den Schaufeln gebildet. Die Rotorscheiben 12 bewirken mit den Statorscheiben 14, welche ebenfalls mit einer entsprechenden pumpaktiven Struktur versehen sind, den Pumpeffekt.
In 2a ist in einem vergrößerten Ausschnitt aus 1 die erfindungsgemäße Anordnung an einem ersten Beispiel dargestellt. Die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln sind erfindungsgemäß mit einer Struktur versehen. Diese Struktur besteht aus Erhebungen 16r, 16s und Vertiefungen 18r, 18s an den Schaufeln einer Rotor- 12 oder Statorscheibe 14, denen entsprechende Vertiefungen 18r, 18s und Erhebungen 16r, 16s der jeweils benachbarten Stator- bzw. Rotorscheiben gegenüber stehen. Die Erhebungen und Vertiefungen weisen bei dem angeführten Beispiel rechteckige Querschnitte auf. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Querschnitte, die sich jeweils in entsprechender Form gegenüber stehen, möglich.
In den 2a und 2b ist eine parallele Bauart dargestellt derart, dass die axiale Ausdehnung der Scheiben über den Durchmesser konstant ist. Dabei ist diese erste Bauart wie auch die im folgenden beschriebene drei weitere Bauarten in zwei Ausführungsformen möglich. Bei der ersten Ausführung A in 2a ist die Dicke der Statorscheiben 14 einschließlich der axialen Struktur nicht größer als der Abstand zwischen zwei Rotorscheiben. Bei der Ausführungsform B in 2b ist die Dicke der Statorscheiben 14 einschließlich der axialen Struktur größer als der Abstand zwischen zwei Rotorscheiben.
In 3a und 3b ist eine konische Bauart dargestellt derart, dass die Dicke der Rotorscheiben von innen nach außen hin abnimmt und entsprechend die Dicke der Statorscheiben mit dem Radius ansteigt. Bei dieser zweiten Bauart sind auch wieder zwei Ausführungsformen möglich. In 3a ist die Dicke der Statorscheiben einschließlich der axialen Struktur nicht größer als der Abstand zwischen zwei Rotorscheiben, und in 3b ist die Dicke der Statorscheiben einschließlich der axialen Struktur größer als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
Die 4a und 4b zeigen eine parallele Bauart, bei der die Statorscheiben 14 mit zylindrischen Ringen 20 versehen sind. Diesen stehen auf der Seite der jeweils benachbarten Rotorscheiben 12 Nuten 22 gegenüber. Auch hier sind zwei Ausführungsformen möglich. In 4a ist die axiale Ausdehnung der Statorscheiben 14 einschließlich der Ringe 20 nicht größer als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben. In 4b ist die Axialausdehnung einer Statorscheiben 14 einschließlich der Ringe 20 größer als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
In 5a und 5b sind die Scheiben aus 4a und 4b in konischer Bauart dargestellt.

Claims

Rotor- (12) und Statorscheiben (14) für eine Turbomolekularpumpe, welche abwechselnd hintereinander angeordnet sind, und Schaufelkränze mit schräg zur Scheibenebene angestellten Schaufeln aufweisen, wodurch radial verlaufende Schlitze zwischen den Schaufeln bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln mit einer Struktur versehen sind derart, dass Erhebungen (16r, 16s) an den Schaufeln einer Rotor- (12) oder Statorscheibe (14) Vertiefungen (18s, 18r) an den Schaufeln der jeweils benachbarten Stator- (14) oder Rotorscheiben (12) gegenüber stehen.
Rotor- und Statorscheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung einer Statorscheibe (14) einschließlich der Erhebungen (16s) nicht größer ist als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
Rotor- und Statorscheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung einer Statorscheibe (14) einschließlich der Erhebungen (16s) größer ist als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
Rotor- und Statorscheiben für eine Turbomolekularpumpe, welche abwechselnd hintereinander angeordnet sind und Schaufelkränze mit schräg zur Scheibenebene angestellten Schaufeln aufweisen, wodurch radial verlaufende Schlitze zwischen den Schaufeln bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorscheiben (12) mit zylinderförmigen zentrischen Ringen (20) versehen sind, die über die axialen Begrenzungskanten der Schaufeln hinausragen und denen an der jeweils benachbarten Rotorscheibe (14) Nuten (22) gegenüber stehen.
Rotor- und Statorscheiben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung einer Statorscheibe (14) einschließlich der zylinderförmigen zentrischen Ringe (20) nicht größer ist als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
Rotor- und Statorscheiben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung einer Statorscheibe (14) einschließlich der zylinderförmigen zentrischen Ringe (20) größer ist als der Abstand der jeweils benachbarten Rotorscheiben.
Rotor- und Statorscheiben nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung der Rotor- (12) und Statorscheiben (14) über den Durchmesser konstant ist, so dass sie eine parallele Bauart bilden.
Rotor- und Statorscheiben nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung der Rotorscheiben (12) von innen nach außen hin abnimmt und die Dicke der Statorscheiben (14) entsprechend von innen nach außen hin zunimmt, so dass sie eine konische Bauart bilden.