Rotor- oder Statorscheibe für eine Molekularpumpe

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine aus einer Mehrzahl von axial hintereinander angeordneten, mit Tragring und Schaufeln versehenen Teilscheiben zusammengesetzte Rotor- oder Statorscheibe (1) für eine Molekularvakuumpumpe. Um die Pumpwirkung durch eine freiere Gestaltungsmöglichkeit der Scheibe zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Scheibe (1) mindestens eine erste (2) und eine zweite (3) Teilscheibe in jeweils einer Anordnungsebene (10,11) angeordnete Schaufeln (4,4') mit zur Teilscheibenebene geneigte Schaufelflächen aufweist und die Anordnungsebenen (10,11) der Teilscheiben (2,3) axial beabstandet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rotor- oder Statorscheibe für eine Molekularpumpe.

[0002] Mehrere erfolgreiche Typen von Molekularpumpen basieren auf Scheiben, bei denen Schaufeln an einem Tragring angebracht sind, welcher auf einer schnelldrehenden Welle sitzt. Beispielhaft hierfür sind die sogenannten Turbomolekularpumpen, in denen sich Rotor- und Statorscheiben abwechseln. Die Geometrie der Schaufeln hat einen großen Einfluss auf die Leistungsdaten und Lebensdauer der Pumpe.

[0003] Verschiedene Arten von Rotor- oder Statorscheiben sind im Stand der Technik bekannt. Eine gängige Bauart besteht aus Blech, welches bei der Herstellung so gestanzt wird, dass eine runde Scheibe mit radialen Schlitzen entsteht. Die radialen Schlitze sind nur über einen äußeren Teil vorgesehen. Der zwischen den Schlitzen befindliche Teil wird umgebogen, d.h. aus der Scheibenebene herausgestellt, so dass Schaufeln entstehen. Diese Lösung ist beispielsweise in der DE-OS 100 52 637 gezeigt.

[0004] Eine angedachte, aber nicht gängig gewordene Bauform nach der DE-AS 1 071 275 nutzt eine Vielzahl von dünnen Blechen, die kreisförmig sind und am äußeren Rand Zähne aufweist. Diese Bleche werden gegeneinander versetzt gestapelt, so dass sich die Einhüllende eine schaufelartige Form erhält.

[0005] Beide Lösungen weisen den großen Nachteil auf, dass die Bleche recht dünn sein müssen. Dadurch können die Scheiben keinen schnellen Drehungen ausgesetzt werden, da die Materialbelastung am Schaufelgrund zu hoch würde. Zudem weist die zweite Lösung den Nachteil auf, dass die Bleche gegeneinander orientiert und fixiert werden müssen. Ein Entstehen von Toträumen zwischen den Blechen ist nicht auszuschließen, so dass die Lösung im Hochvakuumbereich nicht angewendet werden kann. Außerdem besitzen die Schaufeln große Flächen mit Flächennormale in Richtung Wellenachse, so dass das Saugvermögen einer solchen Pumpe schlecht ist.

[0006] Eine weitere gängige Lösung ist, die Scheiben aus Vollmaterial durch Einsägen von zur Scheibenebene schräg gestellten Kanälen herzustellen. Die herstellbaren Geometrien sind durch dieses Werkzeug eingeschränkt. Beispielsweise ist es schwierig, am Schaufelgrund einen steileren Anstellwinkel zu erzeugen, weil dann die Säge mit dem Außenteil der Schaufel in Berührung kommt.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Scheibe für Rotor und/oder Stator einer Molekularvakuumpumpe herzustellen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere mehr Freiheiten bei der Wahl der Schaufelgeometrie erlaubt.

[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rotor- oder Statorscheibe mit den Merkmalen des ersten Anspruches.

[0009] Eine Scheibe, die aus mindestens einer ersten und einer zweiten Teilscheibe aufgebaut ist, wobei auf jeder Teilscheibe Schaufeln in einer Anordnungsebene angeordnet sind und die Anordnungsebenen axial beabstandet sind, erlaubt es, die Geometrie der Scheibe viel besser den Notwendigkeiten anzupassen. Die Geometrie kann erstmals auf einfache Weise nach den vakuumtechnischen Anforderungen gestaltet werden. Im Stand der Technik war die Geometrie eine begrenzende Rahmenbedingung. Mit der erfindungsgemäßen Scheibe ist es daher möglich, die Pumpwirkung deutlich zu verbessern.

[0010] Die Ansprüche 2 bis 10 stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

[0011] Die Weiterbildung nach Anspruch 3, nach der die Schaufelspitzen wenigstens eines Teils der Schaufeln der ersten und der zweiten Teilscheibe auf einer gemeinsamen Linie liegen, vermeidet Stufen und Lücken im Bereich des Schaufelkopfes. Dies verbessert die Pumpwirkung.

[0012] Die Weiterbildung nach Anspruch 3, bei der wenigstens eine Teilscheibe unterschiedliche Anstellwinkel an Schaufelgrund und Schaufelkopf aufweist, erlaubt es, verwendelte Scheiben herzustellen. Dies erhöht die Pumpwirkung.

[0013] Die Weiterbildung nach Anspruch 4 sorgt für glatte, stufenlose Schaufelflächen, die sich aus den Flächen der Schaufeln der Teilscheiben ergeben. Die Stufenlosigkeit verbessert die Pumpwirkung und verhindert senkrecht gegen die Pumprichtung stehende Flächen, von denen Moleküle gegen die Pumprichtung reflektiert werden können.

[0014] Die Pumpwirkung lässt sich weiter verbessern, indem die Anstellwinkel der Schaufeln von verschiedenen Teilscheiben unterschiedlich sind. Rückströmungen können so verringert werden.

[0015] Eine weitere Verbesserung ergibt sich, indem wenigstens eine Teilscheibe optisch dicht ist. Dies vermindert Rückströmungen, da Moleküle nicht direkt in Pumprichtung durch die Scheibe treten können.

[0016] Wird auf einer Teilscheibe ein ganzzahliges Vielfaches der Schaufelanzahl einer zweiten Teilscheibe angeordnet, werden die Rückströmungen in den Kanälen zwischen den Schaufeln reduziert. Dies erhöht die Kompression.

[0017] Die Weiterbildung nach Anspruch 8 erlaubt eine einfache Herstellung der Teilscheiben mit bereits bekannten Herstellungsverfahren.

[0018] Die Weiterbildung nach Anspruch 9 erlaubt es, die Scheibe zu verbessern, da die verschiedenen Teilscheiben unterschiedlichen Temperatur- und mechanischen Bedingungen unterliegen. Die Wahl von verschiedenen Materialien für die verschiedenen Teilscheiben erlaubt es, hierauf zu reagieren.

[0019] Eine Anordnung einer Distanzscheibe zwischen den Teilscheiben verbessert die Pumpwirkung, da sich im Bereich der Distanzscheibe eine Beruhigungszone ausbildet, in der Moleküle miteinander wechselwirken können und dadurch ein Impulsangleich stattfindet.

[0020] Mit Hilfe der Abbildungen soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert und die Vorteile derselben vertieft werden. Die Abbildungen zeigen:

Fig. 1:

Perspektivische Darstellung einer gestapelten Scheibe gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 2:

a) Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Scheibe, b) Sicht auf die Scheibe in der Scheibenebene nach Schnitt A-A, c) Sich auf die Scheibe in der Scheibenebene nach Schnitt B-B.

Fig. 3:

Abwicklung eines dritten Ausführungsbeispiels einer gestapelten Scheibe.

[0021] Die erste Abbildung zeigt eine Scheibe 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Auf einer Welle 7 sind zwei Teilscheiben 2 und 3 angeordnet. Jede dieser Teilscheiben weist Schaufeln 4 auf. Für die gezeigte perspektivische Darstellung wurde jeweils nur ein Teil der Schaufeln je Teilscheibe gezeigt. Die Schaufeln sind auf den gesamten Umfang der Teilscheiben verteilt, so dass sich ein rotationssymetrisches Gebilde ergibt. Beide Teilscheiben weisen einen Tragring 9 auf, an dem die Schaufeln in einer Anordnungsebene befestigt sind. die Anordnungsebenen beider Teilscheiben sind axial voneinander beabstandet. Schaufeln und Tragring können einstückig ausgebildet sein. Den Bereich der Schaufeln, der radial innen liegt, also am Übergang zum Tragring, nennt man Schaufelgrund. Der radial außen liegende Bereich wird als Schaufelkopf bezeichnet. Den äußersten Bereich des Schaufelkopfes mit seiner radial außen liegenden Fläche bezeichnet man als Schaufelspitze 5. Nach dem Ausführungsbeispiel liegen die Schaufelspitzen der Teilscheiben 2 und 3 auf einer gemeinsamen, gedachten Linie 6. Die Schaufeln weisen einen trapzoiden Querschnitt auf. Der Vorteil einer solchen Geometrie liegt in der einfachen und kostengünstigen Herstellung, beispielsweise durch Sägen. Die Herstellung der Scheibe lässt sich vereinfachen, indem Stifte 8 vorgesehen werden, die aus dem Tragring der einen Teilscheibe hervor ragen und in passende, nicht gezeigte Löcher der nächsten Teilscheibe eintauchen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Teilscheiben im richtigen Winkel gegeneinander verdreht sind.

[0022] Die zweite Abbildung zeigt eine aus zwei Teilscheiben 2 und 3 zusammengesetzte Scheibe. Zur klareren Darstellung ist je Teilscheibe nur eine Schaufel 4, 4' gezeigt. In Abbildung 2a ist der Draufblick gezeigt. Auf einem Tragring 9 sind Stifte 8 angeordnet, die eine Orientierung der Teilscheiben gegeneinander erlauben. Vom Tragring erstrecken sich radial nach außen die Schaufeln 4. Diese Schaufeln weisen Schaufelkanten 25 und 26 auf, die sich in radialer Richtung erstrecken. Durch die radiale Gestaltung der Kanten ergibt sich eine Gesamtschaufelfläche, die nahezu stufenlos ist, d.h. die beiden Schaufeln 4 und 4' bilden eine Schaufel mit durchgehender Fläche. Die radiale Gestaltung der Kanten 25 und 26 kann durch eine Verwendelung der Schaufeln erzielt werden. Diese bedingt unterschiedliche Anstellwinkel der Schaufeln an Schaufelkopf und Schaufelgrund. In Abbildung 2b ist ein Schnitt durch die Schaufeln 4, 4' am Schaufelgrund entlang der Linie A-A gezeigt. Die Schaufel 4 ist am Tragring der Teilscheibe 2 angeordnet, die Schaufel 4' am Tragring der Teilscheibe 3. Strichpunktiert eingezeichnet sind die Anordnungsebenen der Schaufeln 10 und 11. Die Schaufeln sind mit einem Anstellwinkel α gegen diese Anordnungsebenen geneigt. Abbildung 2c zeigt den Schnitt B-B im Bereich des Schaufelkopfes. Hier ist der Anstellwinkel β, wobei α > β gilt. Werden die Schaufeln mit trapzoidem Querschnitt gestaltet, sind die Schaufelkanten der Schaufeln der verschiedenen Teilscheiben Flächen, die aufeinandersitzen. Durch die Fliehkräfte, die insbeondere bei der schnellen Drehung von Rotorscheiben entstehen, findet eine Entwendelung statt. Das bedeutet, dass der zunächst flachere Winkel am Schaufelkopf versucht, sich zum steileren Winkel am Schaufelgrund aufzuweiten. Durch das Berühren der Flächen der Schaufelkanten wird dies verhindert, so dass insgesamt eine zusätzliche Versteifung stattfindet.

[0023] Die Abbildung 3 zeigt eine Abwicklung eines dritten Ausführungsbeispiels. Die Scheibe ist hier aus den vier Teilscheiben 2, 3, 20 und 21 aufgebaut. Bei jeder Teilscheibe sind die Schaufeln in Anordnungsebenen 10, 11, 12 und 13 angeordnet, wobei die Ebenen der vier Scheiben axial voneinander beabstandet sind. Die Anstellwinkel an Schaufelgrund und Schaufelkopf sind innerhalb einer Teilscheibe gleich, allerdings besitzen die Schaufeln der verschiedenen Teilscheiben einen unterschiedlichen Anstellwinkel. Eine solche Form wird erst durch den Aufbau der Scheibe aus Teilscheiben ermöglicht. Diese Scheibe weist eine verbesserte Pumpwirkung auf.

Ansprüche

1. Aus einer Mehrzahl von axial hintereinander angeordneten, mit Tragring und Schaufeln versehenen Teilscheiben zusammengesetzte Scheibe (1) für den Rotor oder Stator einer Molekularvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mindestens eine erste (2) und eine zweite (3) Teilscheibe in jeweils einer Anordnungsebene (10, 11) angeordnete Schaufeln (4, 4') mit zur Teilscheibenebene geneigte Schaufelflächen aufweist und die Anordnungsebenen der Teilscheiben axial beabstandet sind.

2. Rotor- oder Statorscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schaufelspitzen (5) wenigstens eines Teils der Schaufeln (4, 4') der ersten (2) und der zweiten (3) Teilscheibe auf einer gemeinsamen Linie (6) liegen.

3. Rotor- oder Statorscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4, 4') wenigstens einer Teilscheibe (2, 3, 20, 21) unterschiedliche Anstellwinkel (α, β) an Schaufelgrund und Schaufelkopf aufweisen.

4. Rotor- oder Statorscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (2, 3, 20, 21) so axial hintereinander angeordnet sind, dass die geneigten Schaufelflächen eine stufenlose Gesamtfläche ergeben.

5. Rotor- oder Statorscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellwinkel der Schaufeln(4, 4') von verschiedenen Teilscheiben (2, 3, 20, 21) unterschiedlich sind.

6. Rotor- oder Statorscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilscheibe (2, 3, 20, 21) in axialer Richtung optisch dicht ist.

7. Rotor- oder Statorschreibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilscheibe ein ganzzahliges Vielfaches der Schaufelanzahl einer zweiten Teilscheibe aufweist.

8. Rotor- oder Statorschreibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (2, 3, 20, 21) aus Vollmaterial gefräst sind.

9. Rotor- oder Statorschreibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilscheiben (2, 3, 20, 21) aus verschiedenen Materialien bestehen.

10. Rotor- oder Statorschreibe nach einem der Anspruch 1 oder Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Teilscheiben (2, 3, 20, 21) eine Distanzscheibe angeordnet ist.

Zeichnung