[0001] Die Erfindung betrifft Scheiben für eine Turbomolekularpumpe nach dem Oberbegriff
des 1. Anspruches.
[0002] Eine Turbomolekularpumpe ist aus Rotor- und Statorscheiben aufgebaut, 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 beiden wesentlichen Pumpeigenschaften,
nämlich Saugvermögen und Druckverhältnis, hängen stark von der Drehzahl der Rotorscheiben
ab. Das Saugvermögen steigt linear mit der Drehzahl an und das Druckverhältnis sogar
exponentiell. Um eine optimale Pumpwirkung zu erreichen, muss die Drehzahl des Rotors
möglichst hoch sein. Dadurch werden hohe Anforderungen an die Schaufeln der Rotorscheiben
betreffend ihrer Geometrie, mechanischen Festigkeit und Stabilität gestellt.
[0003] Eine weitere Voraussetzung für optimale Pumpeigenschaften ist eine minimale Dicke
der Schaufeln. Neben dem Vorteil eines großen Durchtrittsquerschnittes für das zu
pumpende Gas, wodurch das Saugvermögen gesteigert wird, spielen hier Festigkeitsüberlegungen
eine Rolle. Wegen der angestrebten hohen Drehzahl muss die Fliehkraft, die auf die
Schaufeln, den Schaufelgrund und auf den Innendurchmesser der Rotorscheiben wirkt,
auf ein Minimum begrenzt werden.
[0004] Ein weiteres Kriterium für optimale Pumpeigenschaften ist die optische Dichtheit
der einzelnen Scheiben. Dadurch wird eine Rückströmung innerhalb des Scheibenpaketes
in axialer Richtung verhindert.
[0005] Bisher sind im wesentlichen zwei Arten von Scheiben für Turbomolekularpumpen bekannt.
Die eine ist aus einer massiven Scheiben hergestellt, in welcher zur Scheibenebene
schräge, radial verlaufende Schlitze eingefräst sind. Die andere ist aus Blech gefertigt,
wobei durch Stanzen und Herausbiegen von Teilen der Scheibenfläche aus der Scheibenebene
Schaufeln gebildet werden.
[0006] Die gefrästen Scheiben werden aus Aluminium hergestellt, da dieser Werkstoff sich
gut zum Fräsen eignet. In vielen Anwendungsfällen wird es beim Einsatz von Turbomolekularpumpen
erforderlich, korrosive Gase zu fördern. Da Aluminium nicht beständig gegen Korrosion
ist, können die so hergestellten Scheiben in diesen Fällen nur eingesetzt werden,
nachdem sie durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung korrosionsbeständig gemacht
wurden. Dadurch wird die Herstellung der Schaufeln aufwendiger und teurer.
[0007] Andere Werkstoffe, z. B. hochfester korrosionsbeständiger Stahl, eignen sich wiederum
schlecht zum Fräsen. Sie sind aber in Form von Blechen stanz- und verformbar.
[0008] Die so durch Stanzen und Herausbiegen der Schaufeln hergestellten Scheiben weisen
den gravierenden Nachteil auf, dass sie nicht optisch dicht sind. Dies führt zu hohen
Rückströmverlusten innerhalb der Pumpe. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Gesamtmasse
der Schaufeln einer Scheibe relativ groß ist, bezogen auf die radiale Fläche des Tragringes.
Dadurch wird dieser durch die Fliehkraft hoch belastet, was wiederum die Drehzahl
der Pumpe und somit ihre Leistungsfähigkeit begrenzt.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, Scheiben für Turbomolekularpumpen
zu entwickeln, welche die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere
sollen die Scheiben aus korrosionsbeständigem Material bestehen und mit wenig Aufwand
und kostengünstig hergestellt werden können. Die optische Dichtheit soll weitgehend
gewährleistet sein und die Belastung durch die Fliehkraft soll in solchen Grenzen
gehalten werden, innerhalb derer die Pumpe mit maximaler Drehzahl sicher betrieben
werden kann.
[0010] Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst.
Die Ansprüche 2 und 3 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
[0011] Durch die erfindungsgemäßen Scheiben wird es möglich, zu deren Herstellung korrosionsbeständige
Materialien zu verwenden, aus denen die gasfördernde Struktur durch Einstanzen von
Schlitzen und Herausdrehen der Schaufeln aus der Scheibenebene gebildet wird. Das
Zusammenfügen von mehreren Teilscheiben führt zur optischen Dichtheit der gesamten
Scheibe, wodurch Rückströmungen sowohl innerhalb einer Scheibe als auch innerhalb
des gesamten Scheibenpaketes verhindert werden. Zudem erlaubt diese Konstruktion,
die einzelnen Teilscheiben mit weniger Schaufeln auszustatten als eine einstückige
Scheibe, um die optische Dichtheit zu erlangen.
[0012] Dadurch wird bei Rotorscheiben die Belastung durch Fliehkraft auf den Schaufelgrund
und den Tragring auf ein Minimum begrenzt, so dass durch höhere Drehzahl optimale
Pumpeigenschaften erreicht werden können. Gegenüber gefrästen Schaufeln besteht der
Vorteil, das die gestanzten Schaufeln deutlich dünner sind und so durch einen größeren
Durchtrittsquerschnitt bessere Pumpeigenschaften aufweisen. Auch dieser Tatbestand
trägt zur geringeren Belastung durch Fliehkraft bei.
[0013] Anhand der Figuren 1 - 3 soll die Erfindung am Beispiel einer aus zwei Teilscheiben
bestehenden Scheibe zur Montage auf einer Rotorwelle näher erläutert werden.
[0014] Fig. 1 zeigt die beiden Teilscheiben 11 und 12. Dabei sind die Tragringe mit 21 und
22 bezeichnet. Die schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln 31 und 32 sind
so gestaltet, dass sie eine gasfördernde Struktur bilden. Zwischen den Schaufeln befinden
sich Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen 41 und 42. Die beiden Teilscheiben
werden zu einer Scheibe 1 in Fig. 3 zusammengefügt. Die Fig. 2 zeigt ein Zwischenstadium,
in dem die beiden Teilscheiben 11 und 12 schon nahe beieinander, jedoch noch nicht
miteinander verbunden sind. In Fig. 3 sind die beiden Teilscheiben mit Hilfe der Fügelaschen
51 und 52 zusammengefügt. Es entsteht somit eine Scheibe 1 mit dem inneren Tragring
2 und den schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln 3. Zwischen diesen befinden
sich die Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen 4. Die Schaufeln 3 sind
derart aus den Schaufeln 31, 32 der Teilscheiben 11, 12 zusammgesetzt und gestaltet,
dass sie in axialer Richtung optisch dicht sind. Die Teilscheiben 11, 12 sind aus
Blechkörpern gebildet und die Schaufeln 31, 32 werden durch Stanzen und anschließendes
Herausdrehen aus der Scheibenebene erzeugt.
[0015] In dem Beispiel wurden Rotorscheiben, bestehend aus zwei Teilscheiben, dargestellt.
Ebenso können mehr als zwei Teilscheiben zu einer gesamten Scheibe zusammengefügt
werden. Auch Statorscheiben können im Rahmen der Erfindung in der gleichen Art zusammengesetzt
sein. In der Regel befinden sich dann die Schaufeln in radialer Richtung innerhalb
des Tragringes.
1. Scheiben (1) für eine Turbomolekularpumpe, welche mit einem Tragring (2) sowie mit
in einer ringförmigen Zone schräg zur Scheibenebene angeordneten Schaufeln (3) versehen
sind und so Öffnungen in Form von radial verlaufenden Schlitzen (4) zwischen den Schaufeln
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren in axialer Richtung zusammengefügten Teilscheiben (11, 12) bestehen
und diese so zusammengefügt sind, dass jeweils die Schaufeln (31, 32) einer Teilscheibe
die Schlitze (41, 42) der folgenden Teilscheibe ganz oder teilweise abdecken.
2. Scheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (11, 12) so zusammengefügt werden, dass sie in axialer Richtung
optisch dicht sind.
3. Scheiben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (11, 12) als Blechkörper ausgebildet sind und die Schaufeln (31,
32) durch Stanzen und anschließendes Herausdrehen aus der Scheibenebene gebildet wurden.