DE102005008643A1

DE102005008643A1 - Holweck vacuum pump has shoulders on rotor side of vanes of vane disc to support supporting ring

Info

Publication number: DE102005008643A1
Application number: DE102005008643A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Blumenthal; Ralf Adamietz; Dirk Kalisch; Heinz ENGLÄNDER
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH; Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-08-31
Also published as: EP1851440A1; ATE425365T1; JP2008531909A; CN100564886C; WO2006089823A1; JP4996486B2; CA2598866A1; KR20070103759A; EP1851440B1; US20080260518A1; DE502006003092D1; CN101128674A

Abstract

The Holweck pump (10) has a pump rotor (16) with rotating tube (24) and a rotor vane disc (28) on the inlet side with a support ring (30) supporting the rotor pipe. The vanes (18) of the vane disc have on the rotor side shoulders (40) to support the supporting ring. The rotor pipe can cover the entire axial length of the support ring. The axial length of the vanes reduces radially inwards from the shoulder. The rotor pipe is made from a fibre-reinforced material such as chlorofluorocarbon .

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Holweck-Vakuumpumpe mit einem Pumpenrotor mit einem rotierenden Rohr.The The invention relates to a Holweck vacuum pump with a pump rotor with a rotating tube.

Aus WO 2004/055375 A1 ist eine zweizügige Holweck-Vakuumpumpe bekannt, die radial innerhalb und außerhalb des Rotor-Rohres einen Pumpenstator aufweist, der jeweils von einer schraubenförmigen Gewindenut gebildet wird. Zur Verbesserung der Pumpeigenschaften ist einlassseitig eine Rotor-Flügelscheibe vorgesehen, die einen Tragring aufweist, der das Rotor-Rohr trägt. Die axiale Länge des Tragringes ist größer als die der Flügel der Flügelscheibe, so dass der Tragring die Flügel durchsetzt, d.h. die Flügel radial in zwei Abschnitte unterteilt. Ein Teil des Tragringes ragt axial aus der Ebene der Rotor-Flügel heraus. Auf dem überkragenden Teil des Tragringes ist das Rotor-Rohr befestigt, beispielsweise indem es außenseitig auf dem Tragring aufliegt. Alle Kräfte, die zwischen dem Tragring und dem Rotor-Rohr wirken, werden unmittelbar auf die Flügel der Flügelscheibe übertragen. Versuche haben ergeben, dass insbesondere die durch die Fliehkräfte verursachten radialen und tangentialen Kräfte eine erhebliche mechanische Belastung für die Flügel und insbesondere für den Tragring darstellen und ihre Lebensdauer reduzieren.Out WO 2004/055375 A1 is a two-part Holweck vacuum pump known, the radially inside and outside of the rotor tube a Pump stator, each of a helical thread groove is formed. To improve the pumping properties inlet side a rotor wing disc provided, which has a support ring which carries the rotor tube. The axial length of the Support ring is larger than the wing the wing disc, so that the support ring the wings interspersed, i. the wings divided radially into two sections. A part of the support ring protrudes axially out of the plane of the rotor wing out. On the overhanging Part of the support ring is attached to the rotor tube, for example by being outside rests on the support ring. All forces between the support ring and the rotor tube act directly on the wings of the Transferred wing disk. Experiments have shown that in particular caused by the centrifugal forces radial and tangential forces one considerable mechanical stress on the wings and in particular for the support ring represent and reduce their lifespan.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine zweizügige Holweck-Vakuumpumpe mit verbesserter Flügelscheiben-Lebensdauer zu schaffen.task the invention it is in contrast, a two spacious Holweck vacuum pump with improved wing life to accomplish.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Holweck-Vakuumpumpe weisen die Flügel der Flügelscheibe rotorseitige Absätze auf, die den Tragring tragen. Der Tragring überkragt die Flügel nicht mehr axial, sondern ist durch einen entsprechenden stufenförmigen Absatz in den Flügeln nach radial innen abgestützt. Die Flügel weisen also radial innenseitig des Tragringes eine größere axiale Länge auf, als radial außenseitig des Tragringes. Die Absätze der Flügel sind derart ausgebildet, dass der Tragring radial außen auf dem Stufenabsatz aufliegt. Hierdurch wird der Tragring im Wesentlichen über seine gesamte axiale Länge durch die Flügel der Flügelscheibe abgestützt. Die den Tragring tragende Flügel-Struktur ist erheblich verfestigt, so dass die zwischen den Flügeln und dem Tragring wirkenden Kräfte zu geringeren punktuellen Spitzenbelastungen der Flügel führen. Auf den durch die Flügel abgestützten Teil des Tragringes ist von radial außen das Rotor-Rohr aufgeschoben. Das Rotor-Rohr, das bevorzugt aus einem sehr zugfesten und leichten Material besteht, bandagiert den Tragring derart, dass es gegen die bei hohen Drehzahlen von mehreren 10.000 U/min hohen Fliehkräfte abgestützt ist.at the Holweck vacuum pump according to the invention have the wings the wing disc Rotor-side heels on, who carry the support ring. The support ring does not overhang the wings more axial, but is by a corresponding step-shaped heel in the wings supported radially inward. The wing So have radially inner side of the support ring a larger axial Length up, as radially outside of the support ring. The paragraphs the wing are formed such that the support ring radially outward the stepped shoulder rests. As a result, the support ring is essentially over his total axial length through the wings the wing disc supported. The the supporting ring-bearing wing structure is considerably solidified, so that between the wings and the Support ring acting forces lead to lower punctual peak loads of the wings. On the through the wings supported Part of the support ring is pushed radially outward, the rotor tube. The rotor tube, which is preferably made of a very tensile and lightweight Material consists bandaged the support ring so that it against which is supported at high speeds of several 10,000 rev / min high centrifugal forces.

Dadurch werden die in dem Tragring erzeugten Tangentialkräfte so klein gehalten, dass der Tragring entsprechend hohe Drehzahlen verträgt.Thereby The tangential forces generated in the support ring are so small held that the support ring tolerates correspondingly high speeds.

Vorzugsweise ragt der Tragring axial nicht in den stufenfreien Bereich der Flügel hinein. Die axiale Länge des Tragringes entspricht ungefähr der axialen Länge der Flügel-Axialstufen. Der Tragring durchdringt den größten Teil der Flügel über ihre gesamte radiale Länge nicht. Hierdurch wird sichergestellt, dass zwischen dem Rotor-Rohr und dem Tragring wirkende Kräfte unmittelbar nur im Bereich der Flügel-Absätze in die Flügel eingeleitet werden, nicht jedoch auf der gesamten axialen Länge der Flügel. Durch die Beschränkung der axialen Erstreckung des Tragringes auf die axiale Länge des Absatzes wird sichergestellt, dass der Tragring in seiner gesamten axialen Länge von dem Rotor-Rohr außenseitig gegen hohe Fliehkräfte abgestützt wird.Preferably the supporting ring does not protrude axially into the step-free area of the wings. The axial length of the support ring corresponds approximately the axial length the wing axial stages. The support ring penetrates the largest part the wing over her entire radial length Not. This will ensure that between the rotor tube and the supporting ring acting forces immediately introduced only in the area of the wing paragraphs in the wings but not the entire axial length of the wings. By limiting the axial extent of the support ring to the axial length of Paragraph will ensure that the support ring in its entire axial length of the rotor tube on the outside against high centrifugal forces supported becomes.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Flügel der Flügelscheibe auch ansaugseitig stufenförmige Absätze auf, die einen Stützring tragen. Die den Stützring tragenden Stufen-Absätze liegen also axial gegenüber den den Tragring tragenden Stufen-Absätzen der Flügel, während der axial dazwischen liegende Bereich stufen- und tragringfrei ausgebildet ist. Wenn das Rotor-Rohr auf den Tragring außenseitig aufgespannt ist, kann mit einem entsprechenden Stützring eine durch das gespannte Rotor-Rohr auf die Flügel wirkende ungleichförmige Belastung ausgeglichen werden. Der Stützring verbessert auf diese Weise die Symmetrie der in die Flügel eingeleiteten Kräfte.According to one preferred embodiment, the wings of the wing disc also suction side stepped paragraphs put on a support ring wear. The the support ring wearing step heels are therefore axially opposite the support ring bearing step-paragraphs of the wings, while the axially in between lying area is formed step and contract ring free. If the rotor tube is clamped on the outside of the support ring, can with a corresponding support ring a non-uniform load acting on the wings by the cocked rotor tube be compensated. The support ring improves in this way the symmetry of the introduced into the wings Forces.

Vorzugsweise verringert sich die Axiallänge der Flügel von dem Absatz nach radial innen. Die Kontur des angrenzenden inneren Pumpenstators ist entsprechend angepasst. Mit der sich nach radial innen verringernden Axiallänge der Flügel wird bei ausreichender Flügelstabilität die Geometrie innen strömungstechnisch möglichst optimal gehalten. Hierdurch lassen sich insgesamt höhere Saugvermögen realisieren.Preferably decreases the axial length of the wing from the shoulder radially inward. The contour of the adjacent inner Pump stator is adjusted accordingly. With the going radially inside reducing axial length the wing becomes with sufficient wing stability the geometry inside fluidically preferably optimally maintained. As a result, higher overall pumping speeds can be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das Rotor-Rohr aus einem faserverstärkten Werkstoff. Hierzu sind insbesondere nicht-metallische Werkstoffe geeignet, beispielsweise CFK. Faserverstärkte nicht-metallische Werkstoffe sind bei hoher mechanischer Stabilität, insbesondere bei hoher Zugfestigkeit, relativ leicht. Das aus einem faserverstärkten Werkstoff bestehende Rotor-Rohr kann daher mit hohen Drehzahlen rotiert werden, ohne sich im dabei Durchmesser erheblich zu vergrößern. Dieser Umstand ist für die Realisierung kleiner Spalte zwischen Rotor und Stator von großer Wichtigkeit. Ferner stellt die hohe Zugfestigkeit sicher, dass das Rotor-Rohr auch den Stützring gegen zerstörerische Tangentialkräfte abstützen kann.According to a preferred embodiment, the rotor tube is made of a fiber-reinforced material. For this purpose, in particular non-metallic materials are suitable, such as CFRP. Fiber-reinforced non-metallic materials are relatively light with high mechanical stability, especially at high tensile strength. The existing of a fiber reinforced material rotor tube can therefore be rotated at high speeds, without to increase significantly in diameter. This circumstance is of great importance for the realization of small gaps between rotor and stator. Furthermore, the high tensile strength ensures that the rotor tube can also support the support ring against destructive tangential forces.

Vorzugsweise verjüngen sich die Gewinde der Gewindenuten, das heißt ihre Gewindeböden, radial vom Einlass zum Auslass hin. Hierdurch verkleinert sich die Tiefe und der Querschnitt der Gewindenut vom Einlass zum Auslass hin. Dadurch ist der Einlass-Querschnitt der beiden Holweck-Stufen bzw. -Züge ist relativ groß, so dass das Saugvermögen der Holweck-Stufe verbessert ist.Preferably rejuvenate the threads of the thread grooves, that is their thread bottoms, radial from the inlet to the outlet. This reduces the depth and the cross section of the thread groove from the inlet to the outlet. As a result, the inlet cross section of the two Holweck stages or trains is relative large, so that the pumping speed of the Holweck level is improved.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.in the Two embodiments will now be described with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Holweck-Vakuumpumpe im Längsschnitt mit einer Flügelscheibe mit Tragring, und 1 a Holweck vacuum pump in longitudinal section with a wing disc with support ring, and

2 eine Holweck-Vakuumpumpe im Längsschnitt mit einer Flügelscheibe mit einem Tragring und einem Stützring. 2 a Holweck vacuum pump in longitudinal section with a wing disc with a support ring and a support ring.

In den 1 und 2 ist jeweils eine Holweck-Vakuumpumpe 10, 50 dargestellt, die zwei parallele Holweck-Pumpstufen 12, 14 aufweist. Einlassseitig weisen beide Holweck-Vakuumpumpen 10, 50 jeweils eine Rotor-Flügelscheibe 28, 28' auf, die jeweils eine Vielzahl von Flügeln 18, 58 aufweist.In the 1 and 2 is in each case a Holweck vacuum pump 10 . 50 shown, the two parallel Holweck pump stages 12 . 14 having. Both Holweck vacuum pumps are on the inlet side 10 . 50 one rotor blade each 28 . 28 ' on, each with a variety of wings 18 . 58 having.

Die beiden Holweck-Pumpenstufen 12, 14 werden im Wesentlichen gebildet durch jeweils einen radial äußeren Pumpenstator 20, einen radial inneren Pumpenstator 22, sowie ein rotierendes Rotor-Rohr 24 zwischen den beiden Statoren 20, 22. Sowohl der innere als auch der äußere Pumpenstator 20,22 weisen jeweils eine schraubenförmige Gewindenut 21,23 auf, deren Nutboden sich zum Auslass hin jeweils radial verjüngt.The two Holweck pump stages 12 . 14 are essentially formed by a respective radially outer pump stator 20 , a radially inner pump stator 22 , as well as a rotating rotor tube 24 between the two stators 20 . 22 , Both the inner and the outer pump stator 20 . 22 each have a helical thread groove 21 . 23 on whose groove bottom tapers towards the outlet in each case radially.

Der Pumpenrotor 16 besteht im Wesentlichen aus einer Welle 26, die durch Wälzlager und/oder Magnetlager gelagert ist, einer Nabe 27, den Flügeln 18, einem Tragring 30, sowie dem Rotor-Rohr 24. Der Pumpenrotor 56 der Vakuumpumpe 50 der 2 weist ferner noch einen zweiten Stützring 60 auf. Die Nabe 27, die Flügel 18 und der Tragring 30, und ggf. der Stützring 60 sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen aus Aluminium, können aber auch einzeln gefertigt und zusammen montiert sein. Insbesondere der Stützring 60 kann separat gefertigt, und anschließend an die Flügel 58 montiert sein. Das Rotor-Rohr 24 besteht aus einem faserverstärkten Werkstoff, beispielsweise aus CFK.The pump rotor 16 consists essentially of a wave 26 , which is supported by rolling bearings and / or magnetic bearings, a hub 27 , the wings 18 , a support ring 30 , as well as the rotor tube 24 , The pump rotor 56 the vacuum pump 50 of the 2 also has a second support ring 60 on. The hub 27 , the wings 18 and the support ring 30 , and possibly the support ring 60 are integrally formed with each other and made of aluminum, but can also be made individually and mounted together. In particular, the support ring 60 Can be made separately, and then attached to the wings 58 be mounted. The rotor tube 24 consists of a fiber-reinforced material, such as CFRP.

Die Flügel 18; 58 weisen rotorseitig einen stufenförmigen Absatz 40 auf, auf dem der Tragring 30 abgestützt ist. Die axiale Absatzlänge ist ungefähr gleich der axialen Länge des Tragringes 30. Der Tragring 30 ragt axial in Richtung des Pumpeneinlasses nicht in die Flügel 18 hinein, so dass die radialen Zwischenräume zwischen den Flügeln 18 außerhalb der Absätze 40 radial durchgehend sind. Der Tragring 30 ist kreiszylinderförmig und trägt das Rotor-Rohr 24, das auf den Tragring 30 aufgespannt oder aufgepresst ist.The wings 18 ; 58 have a step-shaped shoulder on the rotor side 40 on, on which the support ring 30 is supported. The axial shoulder length is approximately equal to the axial length of the support ring 30 , The support ring 30 does not protrude axially in the direction of the pump inlet into the wings 18 into it, so that the radial spaces between the wings 18 outside the paragraphs 40 are radially continuous. The support ring 30 is circular cylindrical and carries the rotor tube 24 on the support ring 30 stretched or pressed on.

Die Axiallänge der Flügel 18 verringert sich von dem Absatz 40 aus nach radial innen. Die axiale Länge der Flügel 18 in Nabennähe ist jedoch größer als die axiale Länge der Flügel 18 radial außen der Absätze 40 bzw: des Tragringes 30.The axial length of the wings 18 decreases from the paragraph 40 out radially inward. The axial length of the wings 18 near the hub but is greater than the axial length of the wings 18 radially outside of the heels 40 or: of the support ring 30 ,

Bei der Holweck-Vakuumpumpe 50 der 2 weisen die Flügel 58 einlassseitig einen zweiten Absatz 62 auf, der den Stützring 60 trägt. Auch in dem einlassseitigen Bereich verringert sich die Axiallänge der Flügel 58 zur Nabe 27 hin stetig.With the Holweck vacuum pump 50 of the 2 have the wings 58 inlet side, a second paragraph 62 on, the support ring 60 wearing. Also in the inlet side region, the axial length of the wings decreases 58 to the hub 27 steady.

Durch das Vorsehen eines Absatzes 40 an den Flügeln 18 wird der Tragring 30 in dem Bereich, in dem er das Rotor-Rohr 24 trägt, bestmöglich abgestützt. Durch den hierdurch möglichen Verzicht einer Durchdringung der Flügel 18 im einlassseitigen Bereich wird die Einleitung von Kräften, die zwischen dem Rotor-Rohr 24, dem Tragring 30 und den Absätzen 40 übertragen werden, erheblich reduziert. Ferner wird die Erzeugung von tangentialen Kräften in dem Tragring 30 erheblich verringert, da der Tragring 30 über seine gesamte axiale Länge radial durch das Rotor-Rohr 24 gegen die Zentrifugal-Kräfte abgestützt ist.By providing a paragraph 40 on the wings 18 becomes the support ring 30 in the area where he has the rotor tube 24 bears, supported as best as possible. Due to the possible omission of a penetration of the wings 18 in the inlet side region, the introduction of forces between the rotor tube 24, the support ring 30 and the paragraphs 40 be transferred considerably reduced. Furthermore, the generation of tangential forces in the support ring 30 significantly reduced because of the support ring 30 over its entire axial length radially through the rotor tube 24 is supported against the centrifugal forces.

Claims

Holweck vacuum pump ( 10 ) with a pump rotor ( 16 ) with a rotating tube ( 24 ) and an inlet-side rotor blade ( 28 ) with a support ring ( 30 ), the rotor tube ( 24 ), and in each case a helical thread groove ( 21 . 23 ) having a pump stator ( 20 . 22 ) radially inward and outward of the rotor tube ( 24 ), characterized in that the wings ( 18 ) of the wing disc ( 28 ) Rotor-side paragraphs ( 40 ) having the support ring ( 30 ) wear.

Holweck vacuum pump ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the supporting ring ( 30 ) axially not in the stepless range of the wings ( 18 ) protrudes.

Holweck vacuum pump ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the rotor tube ( 24 ) the entire axial length of the support ring ( 30 ) covers.

Holweck vacuum pump ( 50 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wings ( 58 ) on the wing disc ( 28 ' ) also on the inlet side paragraphs ( 62 ) having a support ring ( 60 ) wear.

Holweck vacuum pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the axial length of the wings ( 18 . 58 ) of the paragraph ( 40 . 62 ) reduced radially inward respectively.

Holweck vacuum pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor tube ( 24 ) consists of a fiber-reinforced material, in particular CFRP.

Holweck vacuum pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the stators thread grooves ( 21 . 23 ) taper radially from the inlet to the outlet.