JP6284495B2 - Method for the production of a rotor device for a vacuum pump and a rotor device for a vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの為のローター装置を製造するための方法と、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの為のローター装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a rotor device for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, and to a rotor device for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプは、例えば半導体製造のような様々な技術の領域で、各プロセスの為に必要な真空をつくりだすために使用される。ターボ分子ポンプは、典型的には一つのローター軸、ローター軸と接続される複数のローターディスク、ならびに、ローターディスクの間に配置される複数のステータディスクを有する。その際、ローターディスクおよびステータディスクは、其々、複数の羽根を有している。これら羽根は、ポンプ作用を奏する構造を形成し、そしてローター装置のステーターに対する高速回転の際に望まれるポンプ作用を提供する。 Vacuum pumps, such as turbomolecular pumps, are used to create the necessary vacuum for each process in various areas of technology, such as semiconductor manufacturing. The turbo-molecular pump typically has one rotor shaft, a plurality of rotor disks connected to the rotor shaft, and a plurality of stator disks disposed between the rotor disks. At that time, each of the rotor disk and the stator disk has a plurality of blades. These vanes form a pumping structure and provide the desired pumping action during high speed rotation of the rotor device relative to the stator.
ローターディスクをローター軸と回転不能に接続するために、ローターディスクをローター軸に焼き嵌めすることが公知である。特許文献1および2は、代替的な方法を開示している。該方法においては、ローターディスクは、其々一つの挟持リングによってローター軸と回転不能に接続される。 In order to connect the rotor disk to the rotor shaft in a non-rotatable manner, it is known to shrink fit the rotor disk onto the rotor shaft. Patent documents 1 and 2 disclose alternative methods. In this method, the rotor disk is non-rotatably connected to the rotor shaft by one clamping ring.
特許文献3は、複数のローターディスクを有するターボ分子ポンプを開示する。これらローターディスクは、シリンダー状の補強管によって外側を遊びを有さず取り囲まれている。補強管は、ローターの強度を高めるため、およびいわゆる「バースト」、つまりローターの破損の危険性、またはその際自由になる破壊力を減少させるために使用される。 Patent Document 3 discloses a turbo molecular pump having a plurality of rotor disks. These rotor disks are surrounded by a cylindrical reinforcing tube without play on the outside. Reinforcing tubes are used to increase the strength of the rotor and to reduce the so-called “burst”, ie the risk of damage to the rotor, or the free breaking force.
ローターディスクとローター軸の間の回転不能な接続は、公知の真空ポンプにおいては、制限された強度を有しているので、これら真空ポンプが運転される最大回転数および最大トルクと、その結果、真空ポンプによって達成可能なポンプ性能は制限されている。 The non-rotatable connection between the rotor disk and the rotor shaft has a limited strength in known vacuum pumps, so that the maximum speed and torque at which these vacuum pumps are operated, and consequently The pump performance achievable with vacuum pumps is limited.
よって本発明の課題は、高いポンプ性能を補償し、そして特に、危険なく高回転かつ高トルクで運転されることが可能である、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの為のローター装置が製造されることが可能である一つの方法を提供することである。更に、本発明の課題は、真空ポンプの為の対応するローター装置の提供である。 The object of the present invention is therefore to produce a rotor device for vacuum pumps, in particular turbomolecular pumps, which compensates for high pump performance and in particular can be operated at high rotation and high torque without danger. It is to provide one way that is possible. It is a further object of the present invention to provide a corresponding rotor device for a vacuum pump.
この課題は、請求項1に記載の特徴を有する方法によって解決される。 This problem is solved by a method having the features of claim 1.
本方法は、一つのローター軸、ローター軸と接続される少なくとも一つのローターディスク、およびローターディスクを取り囲む少なくとも一つの補強リングを有する、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの為のローター装置の製造の為に使用される。本方法は、補強リングとローターディスクの間に、横断方向圧着接続圧着接続(独語:Querpressverbindung)、特に延伸圧着接続(独語:Dehnpressverbindung)または収縮圧着接続(独語:Schrumpfpressverbindung)が形成されることを含む。 The method is for the manufacture of a rotor device for a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, having a rotor shaft, at least one rotor disk connected to the rotor shaft, and at least one reinforcing ring surrounding the rotor disk. Used for. The method includes the formation of a transverse crimp connection crimp connection (German: Querpressverbindung), in particular a stretch crimp connection (German: Deutschpressverbindung) or a contraction crimp connection (German: Schrumfpressverbundung) between the reinforcing ring and the rotor disk. .
横断方向圧着接続によって、補強リングおよびローターディスクは、長期にわたり、高い強度で互いに接続されることが可能である。互いに横断方向圧着接続された補強リングおよびローターディスクを有する真空ポンプは、よって、極めて高い回転数でも運転されることができ、または極めて高いトルクを達成することができるので、該真空ポンプによって高いポンプ性能が図られることが可能である。 With a transverse crimp connection, the reinforcing ring and the rotor disk can be connected to each other with high strength over a long period of time. A vacuum pump having a reinforcing ring and a rotor disk that are transversely crimped to each other can thus be operated at very high rotational speeds or achieve very high torque, so that the vacuum pump provides a high pump. Performance can be achieved.
補強リングとローターディスクの間の延伸圧着接続は、ローターディスクが冷却され、その後、補強リングがローターディスクにセットされ、または差し込まれ、その際、ローターディスクが暖められる際に膨張(拡張)し、そしてその際、延伸圧着接続が形成されることにより形成されることが可能である。 The stretch crimp connection between the reinforcing ring and the rotor disk expands (expands) when the rotor disk is cooled and then the reinforcing ring is set or inserted into the rotor disk, when the rotor disk is warmed, And in that case, it can be formed by forming a stretch crimp connection.
焼き嵌め(独語:Aufschrumpfen)によって、補強リングは、ローターディスクと収縮圧着接続を行う。これは、延伸圧着接続同様、きわめて高い強度を有する。その際、補強リングは、延伸圧着接続におけるように、収縮圧着接続の外側の要素を形成し、そしてローターディスクは内側の要素を形成する。 By shrink fitting (German: Aufschlumpfen), the reinforcement ring makes a shrink-fit connection with the rotor disk. This has a very high strength, similar to the stretch crimp connection. In so doing, the reinforcing ring forms the outer element of the shrink crimp connection, as in the stretch crimp connection, and the rotor disk forms the inner element.
例えば、ローターディスクが、ローター軸に焼き嵌めされる結果、ローターディスクがローター軸上により確実に座することが保証されるとき、ローターディスクと補強リングの結合は、その極めて高い強度に基づいて、ローターディスクのみにて可能であろうよりも明らかに堅固な接続をローター軸と行う。本方法において製造されるローター装置は、よって、極めて高い強度を有し、そして問題なく高い回転数およびトルクで運転されることが可能である。これらが、高いポンプ性能を可能とする。バーストの危険は、補強リングによって提供される補強によって著しく減少されるので、高いポンプ性能においても、真空ポンプの確実な運転が補償される。 For example, when the rotor disk is shrink fit into the rotor shaft, which ensures that the rotor disk sits more securely on the rotor shaft, the connection between the rotor disk and the reinforcing ring is based on its extremely high strength, An apparently stronger connection is made with the rotor shaft than would be possible with the rotor disk alone. The rotor device produced in the method thus has a very high strength and can be operated at high rotational speeds and torques without problems. These allow for high pump performance. The risk of bursting is significantly reduced by the reinforcement provided by the reinforcement ring, so that reliable operation of the vacuum pump is compensated even at high pump performance.
本発明の有利な実施形は、下位の請求項、明細書、および図面中に記載される。 Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims, the description and the drawings.
横断方向圧着接続を補強リングとローターディスクの間に形成するために、ローターディスクが冷却され、そして補強リングがその後、冷却されたローターディスクに取り付けられると有利である。ローターディスクが再び温められると、横断方向圧着接続が補強リングとローターディスクの間に形成される。 In order to form a transverse crimp connection between the reinforcing ring and the rotor disk, it is advantageous if the rotor disk is cooled and the reinforcing ring is subsequently attached to the cooled rotor disk. When the rotor disk is warmed again, a transverse crimp connection is formed between the reinforcing ring and the rotor disk.
収縮圧着接続を形成するために、補強リングが加熱され、そしてその後ローターディスク上に取り付けられると有利である。補強リングが再び冷却されると、これは縮まり、そしてその際、ローターディスクと収縮圧着接続を形成する。 Advantageously, the reinforcing ring is heated and then mounted on the rotor disk to form a shrink crimp connection. When the reinforcing ring is cooled again, it shrinks and in doing so forms a shrink crimp connection with the rotor disk.
ローターディスクと、このこれに座する補強リングの間に横断方向圧着接続を形成するために、ローターディスクの外直径と補強リングの内直径は、好ましくは互いにプレス嵌め(独語:Presspassung)の形式で形成されている。これによって、横断方向圧着接続が、ローターディスクと補強リングの間の高い回転強度を生じさせることが保証される。 In order to form a transverse crimp connection between the rotor disk and the reinforcing ring seated on it, the outer diameter of the rotor disk and the inner diameter of the reinforcing ring are preferably in the form of a press fit (German: Presspassing). Is formed. This ensures that the transverse crimp connection produces a high rotational strength between the rotor disk and the reinforcing ring.
有利な実施形に従い、ローターディスクは、二つの軸方向の端部を有する。その際、両方の軸端部においては、各一つの補強リングがローターディスクに取り付けられ、そして横断方向圧着接続が、各補強リングとローターディスクの間に形成される。ローターディスクの両方の軸方向の端部における二つの補強リングの使用によって、補強されたローターディスクの強度と、ローターディスクおよびローター軸管の接続が追加的に高められる。 According to an advantageous embodiment, the rotor disk has two axial ends. Here, at both shaft ends, one reinforcing ring is attached to the rotor disk and a transverse crimp connection is formed between each reinforcing ring and the rotor disk. The use of two reinforcing rings at both axial ends of the rotor disk additionally increases the strength of the reinforced rotor disk and the connection between the rotor disk and the rotor shaft tube.
横断方向圧着接続は、原理的には、外側のコンポーネント、つまり補強リングの加熱を含むことが可能であり、及び/又は内側のコンポーネント、つまりローターディスクの冷却を含むことが可能である。各コンポーネントは、その際、室温よりも明らかに高い温度または低い温度に、加熱または冷却される。特にローターディスクの冷却は、例えば液体窒素を使用のもと行われる。 The transverse crimp connection can in principle include heating of the outer component, i.e. the reinforcement ring, and / or can include cooling of the inner component, i.e. the rotor disk. Each component is then heated or cooled to a temperature clearly above or below room temperature. In particular, the cooling of the rotor disk is performed using, for example, liquid nitrogen.
好ましくは、補強リングは、正確に一つのローターディスクのみと接続される。つまり補強リングは、一つより多くのローターディスクと接続されず、唯一のローターディスクのみと接続される。補強リングは、よって正確に一つのローターディスクに付設される。補強リングは、この態様において、他のローターディスクと独立して取り扱われることが可能であり、特にローター軸と接続されることが可能である。後述するように、これによって特に簡単な、ローター装置全体の組立が可能となる。 Preferably, the reinforcing ring is connected to exactly one rotor disk. In other words, the reinforcing ring is not connected to more than one rotor disk, but only to one rotor disk. The reinforcing ring is thus attached to exactly one rotor disk. In this embodiment, the reinforcing ring can be handled independently of other rotor disks, and in particular can be connected to the rotor shaft. As will be described later, this makes it possible to assemble the entire rotor device in a particularly simple manner.
本方法は、好ましくは、ローターディスクのローター軸との回転不能な接続を含む。当該接続は、好ましくは補強リングをローターディスクと横断方向圧着接続することによって行われる。 The method preferably includes a non-rotatable connection with the rotor shaft of the rotor disk. The connection is preferably made by crimping the reinforcing ring in a transverse direction with the rotor disk.
有利な実施形に従い、ローターディスクは、特に補強リングとの横断方向圧着接続によってローター軸に取り付けられる。この為、好ましくはローターディスクとローター軸の間に、横断方向圧着接続、特に延伸圧着接続または収縮圧着接続が形成される。よって例えば、ローターディスクとローター軸の間に収縮圧着接続が形成されることが可能である。その際、ローターディスクは、収縮圧着接続の外側のコンポーネントおよびローター軸は内側のコンポーネントを意味する。ローターディスクにすでに補強リングが例えば焼き嵌めされると、ローター軸へのローターディスクの焼き嵌めの際に、補強リングによって図られる、補強されたローターディスクの高められた強度に基づいて、ローターディスクとローター軸の間の接続の明らかに高い強度が達成される。 According to an advantageous embodiment, the rotor disk is attached to the rotor shaft, in particular by means of a transverse crimp connection with the reinforcing ring. For this purpose, preferably a transverse crimp connection, in particular a stretch crimp connection or a shrink crimp connection, is formed between the rotor disk and the rotor shaft. Thus, for example, a shrink crimp connection can be formed between the rotor disk and the rotor shaft. In this case, the rotor disk means the outer component of the shrink crimp connection and the rotor shaft means the inner component. If the reinforcement ring has already been shrink-fitted to the rotor disk, for example, the rotor disk and the rotor disk can be A clearly high strength of the connection between the rotor shafts is achieved.
ローターディスクのローター軸との横断方向圧着接続は、外側のコンポーネント、つまりローターディスクの加熱、及び/又は内側のコンポーネント、つまりローター軸の冷却を含みうる。その際、加熱または冷却は、室温より明らかに上または下の温度への加熱または冷却を含みうる。冷却は、液体窒素を使用して行われる。 The transverse crimp connection of the rotor disk to the rotor shaft can include heating of the outer component, i.e., the rotor disk, and / or cooling of the inner component, i.e., the rotor shaft. In doing so, heating or cooling can include heating or cooling to a temperature clearly above or below room temperature. Cooling is performed using liquid nitrogen.
有利な実施形に従い、ローターディスクのローター軸上への横断方向圧着接続または延伸圧着接続は、ローター軸の冷却を含む。ローターディスクの加熱は、この態様において追加的に行われるか、または行われないことが可能である。ローター軸の冷却は、有利である。というのは、冷却されたローター軸は、補強リングを有し相応して加熱されたローターディスクよりも明らかに激しく変形可能である、というのは補強リングが、ローターディスクの熱膨張性を減少させることが可能だからである。 According to an advantageous embodiment, the transverse crimp connection or the stretch crimp connection of the rotor disk onto the rotor shaft comprises cooling of the rotor shaft. Heating of the rotor disk can be performed additionally or not in this manner. The cooling of the rotor shaft is advantageous. This is because the cooled rotor shaft is significantly more deformable than the correspondingly heated rotor disk with the reinforcing ring, which reduces the thermal expansion of the rotor disk. Because it is possible.
本方法は、好ましくは、ローター軸と接続される複数のローターディスクを有するローター装置の製造の為に使用される。これらローターディスクは好ましくは軸方向で相連続している。これに対応して、有利な実施形に従い、複数のローターディスクがローター軸上に取り付けられる。好ましくは、複数のローターディスクには、其々少なくとも一つの補強リングが取り付けられる。詳しく言うと、特に、少なくとも一つのローターディスクに関して上述したような方法で横断方向圧着接続によって取り付けられる。その際、例えば補強リングのローターディスクへの焼き嵌めは、各ローターディスクをローター軸に取り付ける前に行われる。ローターディスクをローター軸に取付ける為に、複数のローターディスクは、少なくとも一つのローターディスクに関して上述した方法で、ローター軸と横断方向圧着接続されることが可能である。 The method is preferably used for the manufacture of a rotor device having a plurality of rotor disks connected to a rotor shaft. These rotor disks are preferably phase-continuous in the axial direction. Correspondingly, a plurality of rotor disks are mounted on the rotor shaft according to an advantageous embodiment. Preferably, at least one reinforcing ring is attached to each of the plurality of rotor disks. In particular, it is attached in particular by a transverse crimp connection in the manner described above with respect to at least one rotor disk. In this case, for example, shrink fitting of the reinforcing ring to the rotor disk is performed before attaching each rotor disk to the rotor shaft. In order to attach the rotor disk to the rotor shaft, the plurality of rotor disks can be crimped transversely to the rotor shaft in the manner described above for at least one rotor disk.
有利な実施形に従い、ローターディスクは一つの共通なプロセスでローター軸と接続される。この為、ローター軸は冷却され、そして複数のローターディスクはその結果ローター軸に取り付けられるので、複数のローターディスクは、これに続くローター軸の加熱の際に、共通してローター軸と接続されることが可能である。ローター装置の製造のためのコストはこれによって低く保たれる。 According to an advantageous embodiment, the rotor disk is connected to the rotor shaft in one common process. For this reason, the rotor shaft is cooled, and the plurality of rotor disks are consequently attached to the rotor shaft, so that the plurality of rotor disks are commonly connected to the rotor shaft during subsequent heating of the rotor shaft. It is possible. The costs for the production of the rotor device are thereby kept low.
有利な実施形に従い、ローターディスクは個々にローター軸上に取り付けられ、そして特にローターディスクと横断方向圧着接続される。これは、ローターディスクが、ローターディスクが、自立式に互いに依存しあうことなく、ばらばらにローター軸に取り付けられることを意味する。複数のローターディスクのお互いの独立性によって、ローター軸への取付の際の容易な取扱い、および、ローターディスクとローター軸の間の良好な接続が保証される。 According to an advantageous embodiment, the rotor disks are individually mounted on the rotor shaft and in particular are transversely crimped with the rotor disk. This means that the rotor disks are mounted separately on the rotor shaft without the rotor disks being independent of one another. The independence of the plurality of rotor disks guarantees easy handling when mounted on the rotor shaft and a good connection between the rotor disk and the rotor shaft.
ローター装置を製造するための本明細書に記載の方法は、基本的に、当該ローター装置を有する真空ポンプを製造するための方法の構成要素である。よって本発明の対象は、この明細書に記載した方法によるローター装置の製造を含む真空ポンプの製造のための方法でもある。 The method described herein for manufacturing a rotor device is basically a component of a method for manufacturing a vacuum pump having the rotor device. The subject of the invention is therefore also a method for the manufacture of a vacuum pump, including the manufacture of a rotor device according to the method described in this specification.
有利な実施形に従い、ローターディスクは、これらが真空ポンプ内で、ローターディスクの間に位置するステーターディスクと軸方向で交互になるようローター軸に取り付けられる。その際、ステータディスクは、好ましくは真空ポンプのハウジングに設けられている、または設けられる。これによって、ローター軸が、ローターディスクも貫通し、ローター軸と軸方向で交互に位置するステータディスクも貫通して延在し、そして例えば、ターボ分子ポンプにおける使用に適している配置が得られる。 According to an advantageous embodiment, the rotor disks are mounted on the rotor shaft such that they alternate in the axial direction with the stator disks located between the rotor disks in the vacuum pump. In that case, the stator disk is preferably provided or provided in the housing of the vacuum pump. As a result, the rotor shaft also extends through the rotor disk, extends through the stator disk, which is located alternately in the axial direction with the rotor shaft, and provides an arrangement suitable for use in, for example, a turbomolecular pump.
ステータディスクは、ローター装置の組立ての際にすでにローター軸と回転可能に通され、かつローターディスクの間に挿入されることが可能であるので、ローター装置の完全なる組立の後に、ローターディスクの間に組み立てられるばらばらのステータディスクを使用する必要が無い。その代わりに、其々、一部品式に結びついており、そして特に材料統一的な構造体によって形成されているステータディスクが使用されることが可能である。一部品式のステータディスクは、其々一つの貫通した開口部を有していることが可能である。ローター装置の製造の際に、この開口部を通ってローター軸が案内される。真空ポンプの製造は、これによって著しく簡易化される。というのは、ローター装置とステータディスクが一つの共通な方法ステップ中に組み立てれらることが可能だからである。 Since the stator disk can be inserted through the rotor shaft and inserted between the rotor disks, the rotor disk can be inserted between the rotor disks after complete assembly of the rotor apparatus. There is no need to use separate stator disks that are assembled into Instead, it is possible to use stator disks that are each connected in one piece and that are formed in particular by a unitary material structure. One-part stator disks can each have one through opening. During the production of the rotor device, the rotor shaft is guided through this opening. The production of the vacuum pump is thereby greatly simplified. This is because the rotor device and the stator disk can be assembled in one common method step.
補強リングは、完全にまたは部分的に一つの材料から成ることが可能である。この材料は、少なくとも一つのローターディスクの材料と異なっている。特に補強リングは、少なくとも一つの方向、特に補強リングの周囲方向において、ローターディスクの材料よりも高い強度を有する一つの材料を有している。これによって、補強リングおよびローターディスクからなる結合の、特に高い強度が達成される。 The reinforcing ring can be made completely or partly of one material. This material is different from the material of at least one rotor disk. In particular, the reinforcing ring has one material that has a higher strength than the material of the rotor disk in at least one direction, in particular the circumferential direction of the reinforcing ring. This achieves a particularly high strength of the connection consisting of the reinforcing ring and the rotor disk.
接続の強度およびローター装置によって達成可能なポンプ性能に関する特に良好な結果は、少なくとも一つの方向、特に補強リングの周囲方向において、少なくとも500MPa、好ましくは少なくとも600MPa、特に好ましくは少なくとも700MPa、そして最も好ましくは800MPaの引張強度を有する一つの材料から補強リングが、完全にまたは部分的に成っているとき達成される。好ましくは、700MPaよりも高い引張強度を有する材料が使用される。 Particularly good results regarding the strength of the connection and the pump performance achievable by the rotor device are at least 500 MPa, preferably at least 600 MPa, particularly preferably at least 700 MPa, and most preferably in at least one direction, in particular the circumferential direction of the reinforcing ring This is achieved when the reinforcing ring is made completely or partially from one material having a tensile strength of 800 MPa. Preferably, a material having a tensile strength higher than 700 MPa is used.
有利な実施形に従い、補強リングは、完全にまたは部分的に、繊維強化プラスチック、特に炭素繊維強化プラスチック(CFK)から成る。好ましくはプラスチックは、高じん性(英語:High Tenacity)繊維または高じん性繊維よりも更に高い強度を有する、超高じん性(英語:Super Tenacity)繊維を有する。この材料の高い強度に基づいて、特に堅固な接続が補強リングとローターディスクの間、およびローターディスクとローター軸の間に達成される。 According to an advantageous embodiment, the reinforcing ring consists entirely or partly of fiber reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic (CFK). Preferably, the plastic has high toughness (English: Super Tenacity) fibers that have higher strength than high toughness fibers. Based on the high strength of this material, a particularly rigid connection is achieved between the reinforcing ring and the rotor disk and between the rotor disk and the rotor shaft.
ローターディスク及び/又はローター軸及び/又は少なくとも一つのステータディスクは、完全にまたは部分的に一つの金属材料からなることが可能である。この金属材料は、アルミニウムを含むか、またはアルミニウムによって、またはアルミニウム合金によって形成されていることが可能である。ローターディスク及び/又は少なくとも一つのステータディスクは、好ましくは一部品式に関連しあい、そして特に材料統一的である構造体によって形成されている。この構造体は、管体の特に材料除去を行う処理、特に切削処理によって製造されていることが可能である。 The rotor disk and / or the rotor shaft and / or the at least one stator disk can consist entirely or partly of one metal material. The metallic material can include aluminum or be formed of aluminum or an aluminum alloy. The rotor disk and / or the at least one stator disk are preferably formed by a structure that is related to one part and that is particularly materially uniform. This structure can be produced by a process, in particular a cutting process, that removes the material from the tube.
補強リングとローターディスクの間の特に堅固な接続は、補強リングとローターディスクが室温において、0.0005から0.04mmの間、好ましくは0.0008から0.03mmの間、および特に好ましくは0.001から0.025mmの間の放射方向の余剰を有するとき達成される。ローターディクスとローター軸の間の特に堅固な接続は、補強されたローターディスクとローター軸が室温において0.01から0.1mmの間、好ましくは0.02mmから0.08mmの間、および特に好ましウkは0.04から0.06mmの間の放射方向の余剰を有するとき達成される。 A particularly rigid connection between the reinforcing ring and the rotor disk is that the reinforcing ring and the rotor disk are between 0.0005 and 0.04 mm, preferably between 0.0008 and 0.03 mm, and particularly preferably 0 at room temperature. Achieved when having a radial surplus between .001 and 0.025 mm. A particularly rigid connection between the rotor disk and the rotor shaft is particularly preferred when the reinforced rotor disk and rotor shaft are between 0.01 and 0.1 mm, preferably between 0.02 mm and 0.08 mm, and especially at room temperature. More preferably, it is achieved when it has a radial surplus between 0.04 and 0.06 mm.
発生する接続が、補強リングの放射方向内側面と、ローターディスクの放射方向外側面の間にシリンダー側面形状の接触領域を有するよう、補強リングはローターディスクに取り付けられることが可能である。当該接触領域において、補強リングとローターディスクは互いに押付けられ合う。発生する接続が、ローターディスクは、ローターディスクの放射方向内側面とローター軸の放射方向外側面の間にシリンダー側面形状の接触領域を有するよう、ローターディスクはローター軸に取り付けられることが可能である。この接触領域においてローターディスクとローター軸は互いに押付けられ合う。 The reinforcing ring can be attached to the rotor disk so that the connection that occurs has a cylinder side-shaped contact area between the radially inner surface of the reinforcing ring and the radially outer surface of the rotor disk. In the contact area, the reinforcing ring and the rotor disk are pressed against each other. The rotor disk can be attached to the rotor shaft such that the connection that occurs is that the rotor disk has a cylindrical side-shaped contact area between the radially inner surface of the rotor disk and the radially outer surface of the rotor shaft. . In this contact area, the rotor disk and the rotor shaft are pressed against each other.
好ましくは、ローターディスクはターボ分子的ローターディスクとして形成されている。ローターディスクは、一つの担持リングと、担持リングから放射方向へと突き出す複数の羽根を有していることが可能である。これは、ローターディスクのマウントを形成する。担持リングは、ローターディスクの羽根の為の結束を形成することができる。担持リングは、好ましくは一つの貫通する開口部を有する。この開口部を通って完成したローター装置のローター軸が延在する。 Preferably, the rotor disk is formed as a turbomolecular rotor disk. The rotor disk can have one carrier ring and a plurality of blades projecting radially from the carrier ring. This forms the mount for the rotor disk. The carrier ring can form a bundle for the rotor disk blades. The carrier ring preferably has one through opening. The rotor shaft of the completed rotor device extends through this opening.
補強リングは、ローターディスクの担持リングに取り付けられ、特に延伸圧着接続または焼き嵌めされることが可能であるので、担持リングの放射方向外側面と補強リングの放射方向内側面は、横断方向圧着接続の接触領域を形成する。担持リングは、二つの軸方向端部を有することが可能であり、そして一方または両方の軸方向端部に、軸方向にマウントを越えて突出する各一つの部分を有することが可能である。これら部分の一方または両方の部分には、各一つの補強リングが例えば焼き嵌めされる、または延伸圧着接続されることが可能である。 The reinforcing ring is attached to the bearing ring of the rotor disk and can be stretched or crimped in particular, so that the radially outer side of the bearing ring and the radially inner side of the reinforcing ring are transversely crimped. The contact area is formed. The carrier ring can have two axial ends, and can have one portion at one or both axial ends, each projecting axially beyond the mount. One or both of these parts can each be provided with a single reinforcing ring, for example shrink-fitted or stretch-bonded.
ローター軸は、好ましくは円形の断面を有する、好ましくはロッド形状の構造体によって、特に中実体によって形成されている。ローター軸は、回転軸を中心として回転可能に真空ポンプ内に支承されていることが可能である。その際、回転軸は好ましくはローター軸の長手方向軸に一致する。 The rotor shaft is preferably formed by a rod-shaped structure, preferably a solid body, preferably having a circular cross section. The rotor shaft can be supported in the vacuum pump so as to be rotatable about the rotation shaft. In so doing, the axis of rotation preferably coincides with the longitudinal axis of the rotor axis.
本発明の更なる特徴は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのためのローター装置であり、当該ローター装置は、一つのローター軸、該ローター軸と接続された一つのローターディスク、および外ローターディスクを取り囲む一つの補強リングを有しており、その際、補強リングは、横断方向圧着接続によって、特に延伸圧着接続または収縮圧着接続によってローターディスクと接続されている。ローター装置は、好ましくは、本明細書に従うローター装置を製造するための方法によって製造されている、または製造可能である。ここに記載される有利な実施形および発明に係る方法の長所は、発明に係るローター装置の相当する有利な実施形および長所を表す。ローター装置は、ローターディスクとローター軸の間の特別堅固な接続によって際立っている。この接続は、極めて高い回転数においても、ローターディスクがローター軸上に堅固に座していることを保証するので、真空ポンプは極めて高い回転数においても駆動されることが可能であり、かつ高いポンプ性能を提供することができる。 A further feature of the present invention is a rotor device for a vacuum pump, in particular a turbo molecular pump, which comprises a rotor shaft, a rotor disk connected to the rotor shaft, and an outer rotor disk. It has a single reinforcing ring that surrounds it, the reinforcing ring being connected to the rotor disk by means of a transverse crimp connection, in particular by means of an extension crimp connection or a shrink crimp connection. The rotor device is preferably manufactured or manufacturable by a method for manufacturing a rotor device according to the present description. Advantageous embodiments and advantages of the method according to the invention described here represent corresponding advantageous embodiments and advantages of the rotor device according to the invention. The rotor device stands out by a special rigid connection between the rotor disk and the rotor shaft. This connection ensures that the rotor disk sits firmly on the rotor shaft even at very high speeds, so that the vacuum pump can be driven at very high speeds and is high Pump performance can be provided.
有利な実施形に従い、ローターディスクは二つの軸方向の端部を有する。その際、両方の軸方向の端部においては、各一つの補強リングがローターディスクに取り付けられており、そして各補強リングとローターディスクの間には横断方向圧着接続が形成されている。 According to an advantageous embodiment, the rotor disk has two axial ends. Here, at both axial ends, one reinforcing ring is attached to the rotor disk, and a transverse crimp connection is formed between each reinforcing ring and the rotor disk.
ローターディスクはローター軸と、横断方向圧着接続を介して、特に延伸圧着接続かまたは収縮圧着接続を介して接続されていることが可能である。よってローターディスクは、好ましくは、ローター軸に焼き嵌めされる、またはこれと得延伸圧着接続される。補強リングは、好ましくは正確に一つのローターディスクのみと接続されている、つまり好ましくは、補強リングは、一つより多くのローターディ梳くと接続されず、よってもっぱら唯一のローターディスクとのみ接続されている。原理的には、複数のローターディスクがローター軸に取り付けられていることが可能であり、そして特に焼き嵌めされる、または延伸圧着接続されていることが可能である。 The rotor disk can be connected to the rotor shaft via a transverse crimp connection, in particular via a stretch crimp connection or a shrink crimp connection. Thus, the rotor disk is preferably shrink fitted on the rotor shaft, or obtained and crimped with it. The reinforcing ring is preferably connected to exactly one rotor disk, i.e. preferably, the reinforcing ring is not connected to more than one rotor disk and is therefore connected only to a single rotor disk. ing. In principle, a plurality of rotor disks can be attached to the rotor shaft and in particular can be shrink-fit or stretch-bonded.
ローター装置は、真空ポンプの部分である、特にターボ分子ポンプの部分であることが可能である。本発明の対象は、よって、本明細書に従うローター装置を有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプでもある。 The rotor device can be part of a vacuum pump, in particular a part of a turbomolecular pump. The subject of the invention is therefore also a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, having a rotor device according to the present description.
好ましくは、真空ポンプ内で軸方向において、ローター軸と接続される複数のローターディスクは、当該ローターディスクの間に配置されるステータディスクと交互に位置している。これらステータディスクは、真空ポンプに、例えば真空ポンプのハウジングに固定されている。 Preferably, in the axial direction in the vacuum pump, the plurality of rotor disks connected to the rotor shaft are alternately positioned with the stator disks arranged between the rotor disks. These stator disks are fixed to a vacuum pump, for example, a housing of the vacuum pump.
ステータディスクは、好ましくは一部品式の結びついた、そして特に材料統一的な構造体として形成されている。ステータディスクは、好ましくは其々一つの貫通する開口部を有している。この開口部を通ってローター軸が延在している。 The stator disk is preferably formed as a one-piece united and in particular a unitary material structure. The stator disk preferably has a single through opening. A rotor shaft extends through this opening.
少なくとも一つの補強リングが全体的に、または部分的に、繊維強化プラスチックから、特に炭素繊維強化プラスチック(CFK)から成っていると好ましい。プラスチックは、HT繊維またはST繊維を有し得る。 It is preferred if the at least one reinforcing ring consists entirely or partly of fiber reinforced plastic, in particular of carbon fiber reinforced plastic (CFK). The plastic may have HT fibers or ST fibers.
一または複数のローターディスクは、好ましくは、ターボ分子的ローターディスクとして形成されている。 The rotor disk or disks are preferably formed as a turbomolecular rotor disk.
本発明に従う真空ポンプは、上述したようなローター装置を有している。その際ローター軸は、好ましくは、一つの回転軸を中心として回転可能に、二つの軸方向端部において支承されている。その際、一または複数のローターディスクは、両支承部の間に配置されたローター軸の部分内でローター軸に取り付けられていることが可能である。その際、一つの支承部は転がり支承部として形成されていることが可能であり、及び/又は、特にポンプの高真空側に付設されている一つの支承部は、マグネット支承部として、特に永久磁石支承部として形成されていることが可能である。 The vacuum pump according to the invention has a rotor device as described above. In this case, the rotor shaft is preferably supported at two axial ends so as to be rotatable about one rotational shaft. In this case, the one or more rotor disks can be attached to the rotor shaft in the part of the rotor shaft arranged between the two bearings. In this case, one bearing part can be formed as a rolling bearing part, and / or one bearing part, particularly attached to the high vacuum side of the pump, is particularly permanent as a magnet bearing part. It can be formed as a magnet bearing.
以下に本発明を有利な実施形にもとづき例示的に、添付の図面を参照しつつ説明する。図は以下を示す。 In the following, the invention will be described by way of example on the basis of advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. The figure shows:
図1は、軸20に沿って延在している一つのローター軸10と、ローター軸10と回転不能に接続され、一つの担持リング22と複数の、担持リングから放射方向に突き出す複数の羽根24を有するローターディスク12を示す。該羽根は、ローターディスク12のマウントを形成している。ローター軸10は、担持リング22によって形成される、ローター軸10の収容の為の開口部の向かい側に、放射方向の余剰を有する。更に、ローターディスク12の為の二つの補強リング14が表されており、これらは、ローターディスク12の軸方向の端部部分の向かい側に、放射方向の余剰を有している。
FIG. 1 shows a
ローター装置の製造の為に、まず両方の補強リング14は、ローターディスク12のマウントを越えて軸方向に突き出した各部分上に、横断方向圧着接続、特に延伸圧着接続の形式のものを形成しつつ取り付けられている。このため、ローターディスク12は冷却されるので、ローターディスク12は収縮させられる。引き続いて補強リング14が、ローターディスク12の両方の軸方向の端部部分上へとずらされる。その際、放射方向の余剰は、ローターディスク12が縮むことにより補償されるので、補強リング14は本質的な抵抗なくローターディスク12上に取り付けられることが可能である。ローターディスク12が引き続いて再び室温へと暖められ、そしてその際再び膨張すると、自動的に、ローターディスク12と補強リング14の間に極めて堅固かつ確実な延伸圧着接続がつくりだされる。
For the manufacture of the rotor device, first both reinforcing
補強リング14は、ローターディスク12の各突き出した部分上にも焼き嵌めされることが可能である。この為、各補強リングは加熱されるので、膨張し、そして突き出した各部分の放射方向の余剰が補償され、そして各補強リング14はそれによって本質的な抵抗なく差し込まれることが可能である。補強リングが収縮させられると、極めて堅固な収縮圧着接続が、各補強リング14とローターディスク12の間に自動的に形成される。
The reinforcing
補強リング14をローターディスク12に取り付けた後、ローターディスク12は、補強リング14と共にローター軸10上に焼き嵌めされるまたは延伸圧着接続される。この為例えば、ローター軸10は冷却されるので、ローター軸10は収縮し、そしてより小さな外直径を有する。この外直径は、ローターディスク12の内直径に基本的に一致する。この状態において、ローターディスク12は、本質的な抵抗を有することなくローター軸10上に取り付けられることが可能である。ローター軸10が、その結果として再び室温に暖められ、そして再び膨張すると、ローターディスク12とローター軸10の間に極めて堅固でかつ確実な圧着接続が自動的につくりだされる。
After attaching the reinforcing
図1には例示的に、一つのローターディスク12のみが表されているが、好ましくは複数のローターディスク12が、個々に、冷却されたローター軸10に取り付けられ、そして、引き続いてローター軸10を室温まで温められる際に、共通してローター軸10と接続され、そうして、軸方向に相連続する複数のローターディスク12と一つのローター装置を形成する。
FIG. 1 exemplarily shows only one
図2は、一つのローター装置を上面図として示す。このローター装置は、図1を参照のもと上述した方法により製造可能である。補強リング14の放射方向内側面とローターディスク12の担持リング22の放射方向外側面の間、およびローターディスク12の担持リング22の放射方向内側面と、ローター軸10の放射方向外側面の間には、其々、一つの横断方向圧着接続が存在する。これは、ローターディスク12がローター軸10上に堅固かつ極めて確実に座することを保証するよう、上述した面を互いにプレスする。
FIG. 2 shows one rotor device as a top view. This rotor device can be manufactured by the method described above with reference to FIG. Between the radially inner surface of the reinforcing
図3は、複数のローターディスク12を有するローター装置を有する真空ポンプを示す。当該ローターディスクは、図1および2を参照のもと上述した方法で、一つの共通のローター軸10上に取り付けられたものである。ローター軸10上にローターディスク12を取付ける際、ローターディスク12が、軸方向においてステータディスク16と交互に並ぶことが考慮される。ステータディスクは、図示されていないハウジングに固定されている。ステータディスク16のうち、図3には羽根のみが示されている。これら羽根は、放射方向で外側に配置され、かつ真空ポンプのハウジングに担持された、ステータディスク16の担持リングから出発して、放射方向に内側に向かって延在している。ローターディスク12の羽根24は、軸方向において隣接するステータディスク16の羽根と各一つのターボ分子ポンプ段を形成する。このターボ分子ポンプ段は、軸方向に向けられたポンプ作用を提供する。その際、ローターディスク12上に取り付けられた補強リング14は、ローターディスク12とローター軸10の間の堅固な接続を、真空ポンプが危険なく極めて高回転かつ高トルクで運転されることが可能であるよう、そしてこれに応じて高いポンプ性能が提供されることができるよう生じさせる。
FIG. 3 shows a vacuum pump having a rotor device with a plurality of
図3は、補強リング14が、ローター軸10の軸20の方向において、其々、ローターディスク12の中央の各担持リング22を越えて突き出さず、担持リング22の軸方向の端部に対して跳ね返ることを示す。代替として、少なくとも近似的に軸方向において同一平面にある締結が、補強リング14と担持リング22の軸方向の端部の間に意図されることが可能である。
FIG. 3 shows that the reinforcing
いずれの補強リング14も、正確に一つの唯一のローターディスク12のみと接続されている。軸方向において直接相連続する二つのローターディスク12の互いに向き合った面の間には、略管形状または略スリーブ形状の、両方のローターディスク12に付設された唯一の補強要素のみが意図されるのではなく、そこには二つの独立した、軸方向に互いに間隔をあけて配置された二つの補強リング14が設けられ、これら補強リングが、其々、正確に一つの唯一のローターディスク12に付設されている。
Each reinforcing
10 ローター軸
12 ローターディスク
14 補強リング
16 ステータディスク
20 軸
22 担持リング
24 羽根
10
Claims (10)
該方法が、補強リング(14)とローターディスク(12)の間に、一つの横断方向圧着接続が、形成されることを含み、
ローターディスク(12)が、各一つの担持リング(22)を有し、当該担持リングが、二つの軸方向端部を有し、両方の軸方向端部に、各一つの補強リング(14)がローターディスク(12)に取り付けられ、そして、横断方向圧着接続が、各補強リング(14)とローターディスク(12)の間に形成され、
補強リング(14)が、正確に一つのローターディスク(12)のみと接続され、
ローターディスク(12)が、補強リング(14)との横断方向圧着接続の後、ローター軸(10)に取り付けられ、
ローターディスク(12)とローター軸(10)の間に、横断方向圧着接続が形成され、
ローターディスク(12)の担持リング(22)が全長に渡って一部材式のローター軸(10)と横断方向圧着接続により接続されることを特徴とする方法。 One single member type rotor shaft (10), at least one rotor disk is connected to the rotor shaft (10) (12), and has at least one stiffening ring surrounding the rotor disk (12) (14), A method for manufacturing a rotor device for a vacuum pump , comprising:
The method is, between the reinforcing ring (14) and the rotor disc (12), the method comprising one transverse crimp connection is formed,
B over terpolymer disk (12) has a respective one of the bearing ring (22), the bearing ring has two axial ends, the axial end portion of both, each one of the reinforcement ring (14 ) Is attached to the rotor disk (12) and a transverse crimp connection is formed between each reinforcing ring (14) and the rotor disk (12) ;
Reinforcement ring (14) is correctly connected to only one of the rotor disk (12),
The rotor disk (12) is attached to the rotor shaft (10) after a transverse crimp connection with the reinforcing ring (14),
Between the rotor disc (12) and rotor shaft (10), connection is transverse crimp contact formed,
Wherein the Rukoto rotor bearing ring of the disc (12) (22) are connected by transverse crimp connected to one member type rotor axis over the entire length (10).
ローターディスク(12)が、各一つの担持リング(22)を有し、当該担持リングが、二つの軸方向端部を有し、両方の軸方向端部において、各一つの補強リング(14)が、ローターディスク(12)に取り付けられ、そして横断方向圧着接続が、補強リング(14)とローターディスク(12)の間に形成されており、
補強リング(14)が、正確に一つのローターディスク(12)のみと接続され、
ローターディスク(12)とローター軸(10)の間に、横断方向圧着接続が形成され、
ローターディスク(12)の担持リング(22)が全長に渡って一部材式のローター軸(10)と横断方向圧着接続により接続されていることを特徴とするローター装置。 One single member type rotor shaft (10), at least one rotor disk (12) is connected to the rotor shaft (10) and has at least one stiffening ring surrounding the rotor disk (12) (14), vacuum A rotor device for the pump ,
B over terpolymer disk (12) has a respective one of the bearing ring (22), the bearing ring has two axial ends, in the axial end portion of both, each one of the reinforcement ring (14 ) Is attached to the rotor disk (12) and a transverse crimp connection is formed between the reinforcing ring (14) and the rotor disk (12) ;
Reinforcement ring (14) is correctly connected to only one of the rotor disk (12),
Between B over terpolymer disk (12) and rotor shaft (10), connection is transverse crimp contact formed,
Rotor device bearing ring (22) is characterized that it is connected by transverse crimp connected to one member type rotor axis over the entire length (10) of the rotor disc (12).
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