Brevet FR2578287A1 — publié le 19860905

1i 2578287 DISQUES A AUBES DE GRANDE STABILITE POUR POMPES TURBOMOLECULAIRES ET PROCEDE DE FABRICATION DE TELS DISQUES L'invention se rapporte aux disques munis d'une couronne d'aubes, pour pompes turbomoléculaires, et à la fabrication de tels disques. Une pompe turbomoléculaire est constituée de dis- ques rotoriques et statoriques qui sont agencés en alter- nance les uns derrière les autres et qui présentent des couronnes d'aubes. L'action de pompage repose sur le fait que les aubes des disques transmettent des impulsions, dans la direction de pompage, aux molécules du gaz à pomper. Les deux caractéristiques essentielles d'une pompe, à savoir le pouvoir de pompage et le rapport des pressions, dépendent fortement de la vitesse de rotation des disques rotoriques. Le pouvoir de pompage croît linéairement avec la vitesse de rotation, et le rapport des pressions croit même exponentiellement. Pour obtenir une action de pompage optimale, il faut donc que le rotor tourne à une vitesse aussi grande que possible. Les aubes des disques rotori- ques sont donc soumises à des impératifs poussés pour ce qui est de leur géométrie, de leur résistance mécanique et de leur stabilité. On peut trouver des descriptions d'aubes de disques de pompes turbomoléculaires et/ou des descriptions de pro- cédés de réalisation de tels disques ou de leurs aubes dans les documents publiés suivants. Brevets allemands DE-PS 10 15 573, 15 03 704, 35 063, 20 50 555; demandes de brevet allemand DE-AS 22 29 724, 26 54 055, 27 17 366, DE-OS 29 23 632; brevets français 12 97 182 et 13 06 013; et la publication de Becker et Nesseldreher intitulée "Neue Hochleistungsscheiben fur Turbomolekularpumpen" (Nouveaux disques à grandes per- formances pour pompes turbomoléculaires), Vakuum-Technik 23 (1973), 1, pages 12 à 15. Les aubes présentées dans ces documents ont une section en forme de rectangle, losange ou triangle, et les processus de fabrication présentés génèrent des aubes ayant de telles sections. 2 2578287 Une condition préliminaire à l'obtention de caractéristiques de pompe optimales est que l'épaisseur des aubes soit minimale. Cela tient à ce que, du fait de la grande vitesse de rotation recherchée, la force centri- fuge qui agit sur les aubes, sur la base de celles-ci et sur le périmètre intérieur des disques rotoriques, doit être limitée à un minimum pour des raisons de résistance. On s'efforce en outre de réaliser des disques rotoriques et statoriques dotés d'aubes peu épaisses, afin de donner à l'espace de captation compris entre les aubes une valeur aussi grande que possible; cela constitue l'une des conditions nécessaires à l'obtention d'un pouvoir de pompage élevé. Toutefois, une faible épaisseur d'aubes entraîne des inconvénients pour ce qui est de la stabilité de celles-ci.Par exemple, des résonances survenant, à certaines vitesses, au cours de la montée en régime du rotor ou de son ralentissement, peuvent provoquer des oscillations susceptibles de conduire à un contact entre aubes et disques statoriques, ce qui aboutit en règle générale à la destruction de la pompe. Les déformations et vibrations des aubes surviennent aussi lors des opérations d'afflux qui engendrent d'importantes forces en direction axiale. Le but de l'invention est de parvenir à des disques à aubes pour pompes turbomoléculaires et à un procédé de fabrication, tels que l'épaisseur des aubes pourra être minimalisée de sorte que les pompes pourront être dotées de caractéristiques améliorées par rapport à celles obtenues avec les aubes à grande stabilité connues dans l'art antérieur. En outre, le procédé de fabrication doit permettre la fabrication rationnelle de disques pour pompes turbomoléculaires munis de telles aubes. Cela signifie que l'on pourra fabriquer simultanément, en une seule opération, un nombre de disques aussi élevé que possible. 3 2578287 Selon l'invention, ce but est atteint avec des disques usinés en y aménageant des fentes au moyen d'une scie en pot (scieannulaire) et, ce faisant, on produit des aubes qui ont une section transversale courbée dont le rayon de courbure correspond au rayon décrit par la scie. Le fait que les aubes obtenues aient une section transversale courbée signifie qu'elles présentent en coupe transversale, une section en forme d'un section circulaire annulaire, autrement dit que leur section droite suit axialement un profil courbe. Comme la pénétration de la scie dans les disques forme des canaux parallèles, il en résulte que l'épais- seur des aubes n'est pas constante en direction radiale. Elle décroît de l'extérieur vers l'intérieur. Cela influence très défavorablement les caractéristiques de résistance des disques puisque la charge mécanique à la base des aubes est très,forte. Pour éviter cela, l'inven- tion propose de ménager des fentes dans les disques au moyen d'une scie en pot constitué de deux cylindres co- axiaux, et, ce faisant, de produire des aubes ayant une section droite courbée et une épaisseur qui est constante depuis leur base jusqu'à leur extrémité radialement la plus à l'extérieur. D'autre part, l'axe de la scie peut accomplir un mouvement circulaire à rayon variable, d'o il résulte localement un mouvement oscillant de la scie, le rayon variant au cours du sciage, du bord extérieur vers le bord intérieur de la couronne d'aubes, en diminuant de manière à obtenir des aubes ayant une épaisseur qui est constante depuis leur base jusqu'à leur extrémité radia- lement la plus à l'extérieur. De plus, selon un autre mode de mise en oeuvre possible de l'invention, l'axe du dispositif sur lequel les disques sont montés peut accomplir un mouvement circulaire à rayon variable, ce qui conduit localement également à un mouvement oscillant relatif entre la scie et le disque et donc au même résul- tat quant à l'épaisseur constante des aubes. Soit que la scie en pot, soit que le dispositif sur lequel les disques sont montés, accomplisse un mouvement supplémen- taire, soit encore que l'on utilise une scie en pot comportant deux cylindres coaxiaux, on peut donc dans chaque cas obtenir des aubes ayant une épaisseur constante. Les caractéristiques de résistance des disques peuvent aussi être améliorées si l'on réalise des aubes dont l'épaissuer décroît de l'intérieur vers-l'extérieur. Pour y parvenir, on communique à l'axe de la scie en pot un mouvement circulaire. Il en résulte un mouvement oscillant au niveau des aubes. Si l'on fait varier le rayon de ce mouvement circulaire, on peut réaliser des aubes ayant une épaisseur non constante. On obtient notam- ment des aubes dont l'épaisseur décroît de l'intérieur vers l'extérieur si le rayon du mouvement circulaire diminue lors de la pénétration de la scie, du bord extérieur des aubes jusqu'à la base de celle-ci. - Ainsi, il y a donc superposition d'un mouvement de rotation et d'un mouvement excentrique. Comme le seul mouvement intéressant est le mouvement relatif de l'outil (dans le cas présent la scie) et de la pièce (dans le cas présent le dispositif sur lequel les disques sont montés), il est en principe indifférent que ce soit l'outil ou la pièce qui exécute l'un de ces mouvements ou les deux mouvements. Quant au mouvement de translation dans la di- rection de l'axe, il peut également tout aussi bien être accompli par l'outil que par la pièce. Le même résultat, à savoir l'obtention d'aubes dont 1-a section droite décroît de l'intérieur vers l'extérieur, est obtenu si l'axe de la scie en pot, ou l'axe du dispositif sur lequel les disques sont montés, exécute non pas un mouvement circulaire mais un mouvement giratoire sur une enveloppe conique à pente variable. La scie en pot peut être constituée par une scie proprement dit, ou aussi bien par tout outil d'usinage équivalent tel qu'un outil de fraisage ou de meulage ou abrasion, accomplissant les mouvements indiqués. Un avantage de l'invention est que l'on obtient des disques dont les aubesont une section transversale courbée. La stabilité des aubes s'en trouve notablement améliorée sans que l'on ait à renoncer à des caractéristiques de pompe optimales, telles que celles résultant d'une épaisseur d'aubes minimalisée. L'épaisseur des aubes peut décroître de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui améliore notablement les caractéristiques de résistance. Le fait que plusieurs disques puissent être usinés simultanément conduit à une fabrication plus rationnelle. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Cette description est illustrée par les dessins annexés dont les figures représentent: - la figure 1, une scie en pot et un dispositif pour recevoir des disques; - la figure 2, une scie en pot comportant non plus un, mais deux cylindres coaxiaux, et un dispositif pour recevoir les disques; - la figure 3, un dispositif pour générer un mouvement excentrique; - la figure 4, des aubes à section transversale courbée, qui ont une épaisseur croissant de l'intérieur vers l'extérieur; - la figure 5, des aubes à section transversale courbée et épaisseur constante; et - la figure 6, des aubes à section transversale courbée, qui ont une épaisseur décroissant de l'intérieur vers l'extérieur. La figure 1 représente un dispositif 8 sur lequel les disques 1 sont montés. Par sciage, des fentes parallèles sont aménagées dans les disques au moyen 6 2578287 d'une scie en pot, telle que, par exemple, la scie cylindrique 2 représentée. Le nombre des disques qui peuvent être usinés simultanément varie selon la taille des disques par rapport au diamètre de la scie en pot et selon l'agencement des disques. L'agencement est donné par l'angle que les fentes à aménager doivent avoir par rapport au plan du disque. Avec ce procédé, on obtient des disques ayant des aubes 3 comme celles représentées sur la figure 4. Ces aubes ont un profil axialement courbé. Comme les fentes réalisées en procédant ainsi sont parallèles, il en résulte que les aubes obtenues ont une section droite croissant de l'intérieur vers l'extérieur dudisque. L'agencement selon la figure 2 diffère de celui selon la figure 1 par le fait que la scie en pot 4 est constituée de deux cylindres coaxiaux. Avec ce procédé, on obtient des disques avec des aubes 5 telles que celles représentées sur la figure 5, dotées d'un profil courbé. L'épaisseur de ces aubes, donc leur section droite, est constante sur toute leur longueur. Si, comme représenté sur la figure 3, l'axe 6 de la scie en pot selon la figure 1 ou selon la figure 2 décrit un arc de cercle de rayon r variable, à savoir décroissant pendant le sciage, on obtient alors des aubes 7 (figure 6) dont l'épaisseur croît de l'extérieur vers l'intérieur. Le profil de ces aubes est également courbé. Des disques avec épaisseur constante, comme ceux représentés sur la figure 5, peuvent aussi être réalisés avec l'agencement selon la figure 1 si l'on fait décrire à l'axe de la scie en pot un arc de cercle dont le rayon décroît au cours de la progression de la scie. Dans ces cas, il y a, en plus du mouvement de rotation de la scie, un mouvement oscillant de celle-ci. On obtient le même effet si l'on fait exécuter l'un des deux mouvements, ou les deux, non pas par la scie 2,4, mais par le dispositif 8 sur lequel les disques sont montés. Alors, au lieu de l'axe 6 de la scie 2,4, c'est 7 2578287 l'axe 9 du dispositif 8 que l'on fait tourner et, au lieu que l'axe 6 de la scie 2,4 décrive un arc de cercle de rayon r variable, ce mouvement est assumé par l'axe 9 du dispositif 8. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses élémentsconstitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. 8 2578287 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de disques pour pompes turbomoléculaires, caractérisé en ce que l'on aménage, dans les disques (1), des fentes au moyen d'une scie en pot (2), et en ce que, ce faisant, on produit des aubes (3) qui ont une section transversale courbée dont le rayon de courbure correspond au rayon décrit par la scie (2). 2. Procédé de fabrication de disques pour pompes turbomoléculaires, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on aménage, dans les disques (1), des fentes au moyen d'une scie en pot comportant deux cylindres coaxiaux, et en ce que, ce faisant, on produit des aubes (5) ayant une section transversale courbée et une épaisseur qui est constante depuis leur base jusqu'à leur extrémité radialement la plus à l'extérieur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (6) de la scie (2) accomplit un mouvement circulaire à rayon variable, d'o il résulte un mouvement local oscillant de la scie avec un rayon variant en dimi- nuant au cours du sciage, du bord extérieur vers le bord intérieur de la couronne d'aubes, de manière à obtenir des aubes (5) ayant une épaisseur qui est constante depuis leur base jusqu'à leur extrémité radialement la plus à l'extérieur. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (9) du dispositif (8),sur lequel les disques sont montés, accomplit un mouvement circulaire de rayon variable, d'o il résulte localement un mouvement relatif oscillant de la scie, le rayon variant en diminuant, au cours du sciage, du bord extérieur vers le bord inté- rieur de la couronne d'aubes, de manière à obtenir des aubes ayant une épaisseur qui est constante depuis leur base jusqu'à leur extrémité radialement la plus à l'ex- térieur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractériséen ce que l'axe (6) de la scie (2,4) accomplit un mouvement circulaire à rayon variable, de manière que le mouvement oscillant de la scie résultant conduise à la formation d'aubes ayant une épaisseur non constante. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe (9) du dispo- sitif (8) sur lequel les disques (1) sont montés,accomplit un mouvement circulaire à rayon variable, de manière que le mouvement oscillant du dispositif résultant conduise à la formation d'aubes ayant une épaisseur non constante. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on fait varier le rayon des mouvements circulaires en le diminuant du bord extérieur vers le bord intérieur de la couronne d'aubes, de manière à obtenir des aubes (7) ayant une section droite croissant de l'extérieur vers l'intérieur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que l'on usine simultanément plusieurs disques (1). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au lieu de la scie, c'est le dispositif (8) sur lequel les disques (1) sont montés qui tourne. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que plut6t que dents de scie, on uti- lise un outil, de fraisage, de meulage ou d'abrasion, d'un type approprié quelconque. 11. Disques munis d'une couronne d'aubes pour pompe turbomoléculaire, caractérisés en ce que les aubes présen- tent une section transversale suivant un profil circulaire. 12. Disques avec couronne d'aubes pour pompes turbo- moléculaires, selon la revendication 11, caractérisés en ce que les aubes ont la même épaisseur depuis leur base jusqu'à leur extrémité radialement la plus à l'exté- rieur. 13. Disques avec couronne d'aubes pour pompes turbomoléculaires, selon la revendication 11, caractérisés en ce que l'épaisseur des aubes décroît de leur base vers leur extrémité radialement la plus à l'extérieur.