DE112021006014T5

DE112021006014T5 - Turbomolekularvakuumpumpe und Verfahren zur Herstellung eines Rotors

Info

Publication number: DE112021006014T5
Application number: DE112021006014.7T
Authority: DE
Inventors: Pierre-Emmanuel Cavarec; Romain CRIADO; Francois Roger; Eric Dulac
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: PFEIFFER VACUUM SAS, FR
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2024-03-14
Also published as: CN116391081A; US20230400030A1; FR3116310B1; TW202221232A; FR3116310A1; JP2023550417A; WO2022106075A1; KR20230104129A

Abstract

Eine Turbomolekularvakuumpumpe (1), die dazu ausgebildet ist, Pumpgase von einer Ansaugöffnung (6) zu einer Ausstoßöffnung (7) anzutreiben, wobei bei der Turbomolekularvakuumpumpe (1) die Oberfläche der Innenschale (15) des Rotors (3), die dem kühlbaren Mantel (17) des Stators (2) zugewandt angeordnet ist, ein höheres Emissionsvermögen aufweist als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3) und/oder die der Innenschale (15) des Rotors (3) zugewandte kühlbare Oberfläche des Mantels (17) des Stators (2) ein höheres Emissionsvermögen aufweist als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomolekularvakuumpumpe. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe.
Das Erzeugen eines Hochvakuums in einer Einhausung erfordert den Einsatz von Turbomolekularvakuumpumpen, die aus einem Stator bestehen, in dem ein Rotor schnell rotierend, beispielsweise zu einer Rotation von mehr als neunzigtausend Umdrehungen pro Minute, angetrieben wird.
Bei einigen Verfahren, in denen Turbomolekularvakuumpumpen eingesetzt werden, wie etwa den Verfahren zur Herstellung von Halbleitern oder LEDs, kann sich in der Vakuumpumpe eine Ablagerungsschicht bilden. Diese Ablagerung kann zu einer Einschränkung des Spiels zwischen dem Stator und dem Rotor führen, was möglicherweise einen Stillstand des Rotors bewirkt. Eine Ablagerungsschicht erwärmt nämlich den Rotor durch Reibung, was zu einem Kriechen des Rotors, gefolgt von einer möglichen Rissbildung, führen kann.
Es ist gängige Praxis, den Stator zu erwärmen, um die Kondensation von Reaktionsprodukten in der Pumpe zu verhindern. Es wird jedoch darauf geachtet, dass die Temperatur des Rotors einen bestimmten hohen Schwellenwert nicht überschreitet, um seine mechanische Festigkeit zu erhalten. Tatsächlich nimmt die mechanische Widerstandsfähigkeit gegen die Zentrifugalkräfte des Rotors ab, wenn die Temperatur - insbesondere bei Aluminium über 150 °C - ansteigt.
Die erhöhte Betriebstemperatur der Vakuumpumpe bedeutet auch, dass der maximale Gasförderstrom begrenzt werden muss, um eine Temperatur des Rotors aufrechtzuerhalten, die mit seinen Betriebsspezifikationen vereinbar ist, denn je größer der Pumpgasstrom ist, umso stärker erwärmt sich die Vakuumpumpe.
Diese Beschränkungen der Betriebstemperatur und des maximalen Gasstroms stehen jedoch den Erwartungen an das Produkt entgegen. Tatsächlich wird angestrebt, die Heiztemperatur so weit wie möglich zu erhöhen, um die Bildung von Ablagerungen zu begrenzen und so die Lebensdauer der Pumpen zu erhöhen. Gleichzeitig wird angestrebt, den Durchfluss von Pumpgasen und insbesondere den Durchfluss von schwerem Gas, wie Argon, maximal zu erhöhen, um die Produktionsraten zu steigern.
Die schweren Gase haben jedoch den Nachteil, dass sie eine noch stärkere Erwärmung des Rotors bewirken. Tatsächlich erfolgt die Abfuhr der Wärme des Rotors zum einen durch Übertragung auf die Moleküle (Konvektion) und zum anderen durch Infrarotstrahlung. Beim Pumpen von schweren Gasen ist der Wärmeaustausch durch Konvektion jedoch sehr viel geringer.
Da die Prozessgase sehr aggressiv sein können, kann es darüber hinaus erforderlich sein, den Rotor durch Beschichten mit einer Schutzschicht, wie beispielsweise einer Nickelbeschichtung, zu schützen. Die Nickelbeschichtung weist jedoch ein sehr niedriges Emissionsvermögen im Infrarotbereich in der Größenordnung von 0,2 auf. Dieses niedrige Emissionsvermögen schränkt den Wärmeaustausch zwischen dem Rotor und seiner Umgebung stark ein, was in der Folge den maximalen Strom von Gas, das gepumpt werden kann, begrenzt.
Die vorliegende Erfindung zielt unter anderem darauf ab, eine Turbomolekularvakuumpumpe vorzuschlagen, die einen Nachteil des Standes der Technik zumindest teilweise behebt.
Zu diesem Zweck besteht der Gegenstand der Erfindung in einer Turbomolekularvakuumpumpe, die dazu ausgebildet ist, Pumpgase von einer Ansaugöffnung zu einer Ausstoßöffnung anzutreiben, wobei die Turbomolekularvakuumpumpe Folgendes umfasst:

- einen Stator, der mindestens eine Leitschaufelstufe und einen kühlbar ausgebildeten Mantel umfasst,
- einen Rotor, der zum Umlaufen in dem Stator ausgebildet ist und mindestens zwei Laufschaufelstufen umfasst: wobei die Laufschaufelstufen und die Leitschaufelstufen axial entlang einer Drehachse des Rotors aufeinander folgen, und eine zur Drehachse koaxiale Innenschale, die dem Mantel des Stators zugewandt angeordnet ist,
- eine Spüleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Spülgasstrom in den Spalt zwischen dem Mantel des Stators und der Innenschale des Rotors einzublasen,

Bei der Strahlungsübertragung entspricht das Emissionsvermögen dem Strahlungsfluss der von einem Oberflächenelement bei gegebener Temperatur emittierten Wärmestrahlung im Verhältnis zu dem Referenzwert, welcher der von einem schwarzen Körper bei derselben Temperatur emittierte Strahlungsfluss ist.
Der größte Teil der Oberfläche der Innenschale, etwa die gesamte Oberfläche der Innenschale, abgesehen von den Zentrierflächen, und/oder der größte Teil der Oberfläche des Statormantels, wie etwa die gesamte Oberfläche des Statormantels, abgesehen von den Zentrierflächen, weist beispielsweise ein höheres Emissionsvermögen auf.
Die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen weisen beispielsweise ein Emissionsvermögen von größer oder gleich 0,4 auf.
Die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende(n) Oberfläche(n) kann/können ein Emissionsvermögen von weniger als 0,3 aufweisen. Insbesondere kann die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche des Rotors eine Schutzbeschichtung gegen Korrosion, wie beispielsweise eine Nickelbeschichtung, aufweisen.
Die Innenseite - und nur die Innenseite - des Rotors, die eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen aufweist, ermöglicht es, die Strahlungskühlung des Rotors durch Wärmeabfuhr zu fördern. Der Statormantel unter dem Rotor, der eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen aufweist, ermöglicht es, die Kühlung des Rotors durch radiaktive Strahlung von dem Mantel, der selbst gekühlt wird, zu fördern.
Die Turbomolekularvakuumpumpe kann eine Kühleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Statormantel zu kühlen und/oder eine Heizeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine den Rotor umgebende Hülse des Stators zu erwärmen, umfassen.
Die den Rotor umgebende Hülse des Stators wird erwärmt, um die Bildung von Ablagerungen an den Innenflächen des Stators zu vermeiden. Der Wärmeaustausch zwischen der Hülse und dem Rotor wird durch die Außenflächen des Rotors mit geringem Emissionsvermögen reduziert, um den Rotor nicht zu erwärmen.
Der unter dem Rotor hervorstehende Statormantel wird gekühlt, um die elektronischen Bauteile und den Motor unter dem Rotor zu schützen. Der Wärmeaustausch zwischen dem Mantel und dem Rotor wird durch ein hohes Emissionsvermögen aufweisende Oberflächen der Innenschale des Rotors und/oder des Statormantels gefördert, um den Rotor besser zu kühlen.
Um den Wärmeaustausch deutlich zu verbessern, können Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen sowohl an dem beweglichen Teil als auch an dem festen Teil in dem Bereich, der nicht direkt mit den Pumpgasen in Verbindung steht, bevorzugt sein.
Der Querschnitt der ringförmigen Verengung zwischen einem Ende der Innenschale des Rotors und dem Mantel des Stators ist beispielsweise kleiner oder gleich 12 mm2/1,69 × 10-3 Pa.m3/s von eingeblasenem Spülgasstrom (12 mm2/sccm), um den Eintritt der Pumpgase in den Spalt zwischen dem Statormantel und der Innenschale des Rotors zu begrenzen und um die Oberfläche(n) mit höherem Emissionsvermögen, die sich zwischen der Innenschale des Rotors und dem Statormantel befindet/befinden, zu schützen.
Die Durchflussmenge des Spülgases ist beispielsweise kleiner oder gleich 0,0845 Pa.m3/s (oder 50 sccm).
Im Betrieb wird unter dem Rotor der Wärmeaustausch mit dem Statormantel durch die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen begünstigt, wodurch die Strahlungskühlung des Rotors verbessert werden kann. Diese Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen kommen nicht mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung, da sie zum einen durch das in dem Spalt unter dem Rotor zirkulierende Spülgas und zum anderen durch die ringförmige Verengung am Ende der Innenschale geschützt sind. Das Spülgas und die ringförmige Verengung ermöglichen es, die Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen des Rotors und/oder des Stators vor den möglichen Aggressionen der Pumpgase, die unter dem Rotor eindringen könnten, zu schützen. Somit werden nur die geschützten Oberflächen stark emittierend gemacht, sodass sie nicht oder nur wenig mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung kommen.
Die Turbomolekularvakuumpumpe kann ferner - für sich genommen oder in Kombination - eines oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale umfassen.
Die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale des Rotors und/oder des Mantels des Stators wird/werden beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung, wie etwa durch Anodisieren oder Sandstrahlen oder Rillen oder Texturieren - beispielsweise mittels Laser - erhalten, oder mit Soda behandelt. Die Oberflächenbehandlung von Aluminium durch Anodisierung, Sodabehandlung oder Lasertexturierung hat den Vorteil, dass Oberflächen mit einem Emissionsvermögen von mehr als 0,8 zu vertretbaren Kosten erhalten werden können.
Die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale des Rotors und/oder des Statormantels kann/können erhalten werden durch Aufbringen einer Beschichtung, wie etwa eine plasmachemische Abscheidung einer Beschichtung vom Typ KEPLA-COAT® oder etwa eine Lackbeschichtung ohne Lösungsmittel, etwa einer Epoxy-Polymer-Beschichtung, üblicherweise als „Epoxylack“ bezeichnet. Die Tatsache, dass nur die Oberflächen der Innenschale des Rotors, insbesondere der Holweckhülse, eine Beschichtung mit hohem Emissionsvermögen aufweisen können, bietet den Vorteil, dass die Beständigkeit der Beschichtung des Rotors durch die Presswirkung der Zentrifugalkraft verstärkt wird.
Die Dicke der Beschichtung liegt beispielsweise zwischen 30 µm und 100 µm.
Die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung weist beispielsweise ein mattes und/oder dunkles Aussehen auf.
Es ist insbesondere möglich, mehrere Oberflächenbehandlungen und/oder Beschichtungsschichten vorzusehen, um das Emissionsvermögen des Rotors und/oder des Stators in dem Spalt zu erhöhen.
Die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung ist vorzugsweise lösungsmittelfrei. In der Tat sind die Lösungsmittel in bestimmten Pumpanwendungen vollständig verboten, und es wird bevorzugt, in der Vakuumpumpe keine Lösungsmittel zu verwenden, um jedes Risiko einer Rückdiffusion in die auszupumpenden Einhausungen zu vermeiden.
Die Spüleinrichtung kann dazu ausgebildet sein, einen Spülgasstrom an mindestens einem Lager einzublasen, das eine Antriebswelle des Rotors lagert und führt, sodass der Spülgasstrom durch das mindestens eine Lager hindurchtritt, bevor er aus dem Mantel des Stators austritt.
Die Turbomolekularvakuumpumpe kann einen Sensor für das Vorhandensein von durch die Spüleinrichtung eingeblasenem Spülgas umfassen.
Die Vakuumpumpe umfasst beispielsweise zum Kühlen des Statormantels eine Kühleinrichtung, die in dem Stator oder in dem Mantel aufgenommen ist oder in thermischem Kontakt mit dem Mantel steht, wie beispielsweise ein Hydraulikkreislauf. Die Kühleinrichtung ermöglicht es beispielsweise, die Temperatur des Mantels - beispielsweise durch Umwälzen von Wasser bei Umgebungstemperatur - auf eine Temperatur von kleiner oder gleich 75 °C, beispielsweise 70 °C, zu regeln.
Vorteilhafterweise umfasst die Turbomolekularvakuumpumpe einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Rotors durch Infrarotstrahlung zu messen. Der Temperatursensor kann an dem Mantel des Stators, der Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale zugewandt, angeordnet sein.
Die Heizeinrichtung des Stators ist beispielsweise ein Heizwiderstandsband, das dazu ausgebildet ist, die Hülse des Stators auf eine Solltemperatur, beispielsweise größer 80 °C, wie etwa 130 °C, zu erwärmen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Rotor stromabwärts der mindestens zwei Laufschaufelstufen eine Holweckhülse, wobei die Holweckhülse durch einen glatten Zylinder gebildet ist, der dazu ausgebildet ist, zum Pumpen der Gase gegenüber schraubenlinienförmigen Nuten des Stators umzulaufen, wobei die dem Mantel des Stators zugewandte Innenschale ebenfalls durch das Innere der Holweckhülse gebildet ist.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Vakuumpumpe nur turbomolekular: der Rotor umfasst mindestens zwei Laufschaufelstufen, aber keine Holweckhülse.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe wie weiter oben beschrieben, wobei:

- die Außenfläche des Rotors behandelt wird, um - abgesehen von Zentrierflächen - eine Oberfläche des Rotors mit hohem Emissionsvermögen zu erhalten, oder eine Beschichtung auf dem Rotor abgeschieden wird, um - abgesehen von Zentrierflächen - eine Oberfläche des Rotors mit hohem Emissionsvermögen zu erhalten, und danach
- die Außenfläche des Rotors, die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale des Rotors vernickelt wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe wie weiter oben beschrieben, wobei:

- eine Oberflächenbehandlung eines ersten Teils des Rotors, der die Innenschale und die Holweckhülse umfasst, durchgeführt wird, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors zu erhalten, oder eine Beschichtung auf einen ersten Teil des Rotors, der die Innenschale und die Holweckhülse umfasst, abgeschieden wird, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors zu erhalten, und danach
- die Oberfläche des ersten Teils des Rotors, die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale vernickelt wird, und danach der erste Teil des Rotors fest mit einem vernickelten zweiten Teil des Rotors, der mindestens zwei Laufschaufelstufen umfasst, verbunden wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe wie weiter oben beschrieben, wobei ein Stück, das die Innenschale mit einer Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen bildet, mit einem Rotorkörper zusammengefügt wird - beispielsweise durch Verschraubung oder Presspassung -, der zum einen eine zu der Innenschale komplementäre konkave Form aufweist und zum anderen mindestens zwei Laufschaufelstufen umfasst. Das Stück, das die Innenschale mit der Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen bildet, besteht beispielsweise aus anodisiertem Aluminium.
Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer besonderen, aber keinesfalls einschränkenden Ausführungsform der Erfindung, und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:

[1] die 1 eine axiale Querschnittsansicht einer Turbomolekulavakuumpumpe gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt,
[2] die 2 eine axiale Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe zeigt,
[3] die 3 eine axiale Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Rotors einer Turbomolekularvakuumpumpe zeigt,
[4] die 4 eine axiale Querschnittsansicht einer Turbomolekularvakuumpumpe gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt.

In diesen Figuren tragen identische Elemente die gleichen Bezugszeichen.
Die folgenden Ausführungsformen sind Beispiele. Obgleich die Beschreibung auf eine oder mehrere Ausführungsformen Bezug nimmt, bedeutet dies nicht unbedingt, dass sich jede Bezugnahme auf dieselbe Ausführungsform bezieht, oder dass die Merkmale nur für eine einzige Ausführungsform gelten. Einfache Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen können auch kombiniert oder vertauscht werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen.
Unter „stromaufwärts“ ist ein Element zu verstehen, das in Bezug auf die Umlaufrichtung des Gases vor einem anderen angeordnet ist. Unter „stromabwärts“ ist hingegen ein Element zu verstehen, das in Bezug auf die Umlaufrichtung des zu Pumpgases hinter einem anderen angeordnet ist.
Die 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Turbomolekularvakuumpumpe 1.
Die Turbomolekularvakuumpumpe 1 umfasst einen Stator 2, in dem ein Rotor 3 dazu ausgebildet ist, mit hoher Drehzahl, beispielsweise mit mehr als neunzigtausend Umdrehungen pro Minute, in axialer Rotation umzulaufen.
In dem in der 1 gezeigten Beispiel kann die Turbomolekularvakuumpumpe 1 als hybrid bezeichnet werden: Sie umfasst eine Turbomolekularstufe 4 und eine in der Umlaufrichtung der Pumpgase stromabwärts der Turbomolekularstufe 4 befindliche Molekularstufe 5. Die Pumpgase treten durch die Ansaugöffnung 6 ein, treten zunächst durch die Turbomolekularstufe 4, danach durch die Molekularstufe 5, um dann an eine Ausstoßöffnung 7 der Turbomolekularvakuumpumpe 1 abgegeben zu werden. Im Betrieb ist die Ausstoßöffnung 7 an eine Primärpumpe angeschlossen.
Ein ringförmiger Eingangsflansch 8 umgibt beispielsweise die Ansaugöffnung 6, um die Vakuumpumpe 1 mit einer Einhausung, deren Druck abgesenkt werden soll, zu verbinden.
In der Turbomolekularstufe 4 umfasst der Rotor 3 mindestens zwei Laufschaufelstufen 9 und der Stator 2 umfasst mindestens eine Leitschaufelstufe 10. In der Turbomolekularstufe 4 folgen die Laufschaufelstufen 9 und die Leitschaufeln 10 entlang der Drehachse I-I des Rotors 3 axial aufeinander.
Der Rotor 3 umfasst beispielsweise mehr als vier Laufschaufelstufen 9, etwa beispielsweise zwischen vier und zwölf Stufen 9 (sieben in dem in der 1 dargestellten Beispiel). Jede Laufschaufelstufe 9 des Rotors 3 umfasst geneigte Laufschaufeln, die in einer im Wesentlichen radialen Richtung von einer Nabe 11 des Rotors 3 ausgehen, die beispielsweise durch Verschrauben an einer Welle 12 der Turbomolekularvakuumpumpe 1 befestigt ist. Die Laufschaufeln sind gleichmäßig über den Umfang der Nabe 11 verteilt.
Jede Leitschaufelstufe 10 des Stators 2 umfasst einen Kronenring, von dem geneigte, gleichmäßig über den Innenumfang des Kronenrings verteilte Leitschaufeln in im Wesentlichen radialer Richtung ausgehen. Die Leitschaufeln einer Leitschaufelstufe 10 des Stators 2 greifen zwischen die Laufschaufeln von zwei aufeinanderfolgenden Laufschaufelstufen 9 des Rotors 3. Die Laufschaufeln 9 des Rotors 3 und die Leitschaufeln 10 des Stators 2 sind geneigt, um die Pumpgasmoleküle zu der Molekularstufe 5 zu führen.
Der Rotor 3 umfasst ferner eine Innenschale 15, die koaxial zur Drehachse I-I und einem unter dem Rotor 3 hervorstehenden Statormantel zugewandt angeordnet ist. Im Betrieb läuft der Rotor 3 in dem Stator 2 ohne Kontakt zwischen der Innenschale 15 und dem Mantel 17 um.
Hier, in der Molekularstufe 5, umfasst der Rotor 3 stromabwärts der mindestens zwei Laufschaufelstufen 9 ferner eine Holweckhülse 13, die durch einen glatten Zylinder gebildet ist, der gegenüber schraubenlinienförmigen Nuten 14 des Stators 2 umläuft. Die schraubenlinienförmigen Nuten 14 des Stators 2 ermöglichen es, die Pumpgase zu verdichten und zur Ausstoßöffnung 7 zu führen. Die dem Mantel 17 des Stators 2 zugewandte Innenschale 15 wird dann unter dem Rotor 3 ebenfalls durch das Innere der Holweckhülse 13 gebildet.
Der Rotor 3 kann einstückig (Monoblock) hergestellt sein, oder kann eine Baugruppe aus mehreren Stücken sein. Er besteht beispielsweise aus Aluminiummaterial und/oder aus Nickel.
Er ist beispielsweise durch Verschrauben an einer Welle 12 befestigt, die in dem Stator 2 durch einen internen Motor 16 der Turbomolekularvakuumpumpe 1 drehangetrieben wird. Der Motor 16 ist beispielsweise in dem Mantel 17 des Stators 2 angeordnet, der seinerseits unter der Innenschale 15 des Rotors 3 angeordnet ist, wobei die Antriebswelle 12 den Mantel 17 des Stators 2 durchsetzt.
Der Rotor 3 ist seitlich und axial durch magnetische oder mechanische Lager 18a, 18b geführt, welche die Antriebswelle 12 des in dem Stator 2 befindlichen Rotors 3 lagern. Beispielsweise sind in einem Boden des Mantels 17 des Stators 2 erste Lager 18a vorhanden, die ein erstes Ende der Antriebswelle 12 lagern und führen, und an der Oberseite des Mantels 17 zweite Lager 18b, die ein zweites Ende der Antriebswelle 12 lagern und führen.
In dem Mantel 17 des Stators 2 können weitere elektrische oder elektronische Komponenten aufgenommen sein, wie beispielsweise Positionssensoren oder ein Sensor für das Vorhandensein von Spülgas, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Der Mantel 17 ist kühlbar ausgebildet, damit er die Elemente, die er enthält, wie insbesondere die Lager 18a, 18b, den Motor 16 und andere elektrische oder elektronische Komponenten, kontinuierlich kühlen kann, um ihren Betrieb zu ermöglichen. Zu diesem Zweck umfasst die Vakuumpumpe 1 beispielsweise eine zum Kühlen des Mantels 17 des Stators 2 ausgebildete Kühleinrichtung 19, die beispielsweise in dem Stator 2 oder in dem Mantel 17 aufgenommen ist, oder in thermischem Kontakt mit dem Mantel 17 steht, wie etwa einen Hydraulikkreislauf. Die Kühleinrichtung 19 ermöglicht es beispielsweise, die Temperatur des Mantels 17 - beispielsweise durch Umwälzen von Wasser bei Umgebungstemperatur - auf eine Temperatur kleiner oder gleich 75 °C, beispielsweise 70 °C, zu regeln.
Die Vakuumpumpe 1 umfasst ferner eine Spüleinrichtung 20, die dazu ausgebildet ist, ein Spülgas in den Spalt zwischen dem Mantel 17 des Stators 2 und dem Innenbehälter 15 des Rotors 3 einzublasen. Das Spülgas ist vorzugsweise Luft oder Stickstoff, kann aber auch ein anderes neutrales Gas wie Helium oder Argon sein. Die Durchflussmenge des Spülgases ist gering. Sie beträgt beispielsweise kleiner oder gleich 0,0845 Pa.m3/s (oder 50 sccm). Die Vakuumpumpe 1 kann einen Sensor für das Vorhandensein des durch die Spüleinrichtung 20 eingeblasenen Spülgases umfassen.
Die Spüleinrichtung 20 ist beispielsweise dazu ausgebildet, ein Spülgas an mindestens einem in dem Stator 2 befindlichen Lager 18a, 18b einzublasen, das die Antriebswelle 12 des Rotors 3 lagert und führt, sodass der Spülgasstrom durch das mindestens eine Lager 18a, 18b hindurchtritt, bevor er aus dem Mantel 17 des Stators 2 austritt und in dem Spalt zirkuliert.
Insbesondere umfasst die Spüleinrichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen Kanal 21 zum Einleiten eines Spülgases in einen Hohlraum, in dem die ersten Lager 18a, die das erste Ende der Antriebswelle 12 lagern und führen, aufgenommen sind.
Ferner ist der Querschnitt der ringförmigen Verengung c zwischen dem Ende des Rotors 3, hier einem ringförmigen Ende der Holweckhülse 13, und dem Mantel 17 des Stators 2 kleiner oder gleich 12 mm2/sccm Durchfluss von eingeblasenem Spülgas, oder in internationalen Einheiten 12 mm2/1,69 × 10-3 Pa.m3/s Durchfluss von eingeblasenem Spülgas, um den Eintritt der Pumpgase in den Spalt, der sich zwischen dem Mantel 17 des Stators 2 und der Innenschale 15 des Rotors 3 befindet, zu begrenzen und um, wie nachfolgend noch erläutert wird, die Oberflächen mit höherem Emissionsvermögen, die sich zwischen der Innenschale 15 des Rotors 3 und dem Mantel 17 des Stators 2 befinden, zu schützen. Sccm ist eine Einheit für den Gasdurchfluss (Normkubikzentimeter pro Minute bei 101500 Pa; 1 sccm = 1,69 × 10-3 Pa. m3/s in internationalen Einheiten).
Wenn die Durchflussrate des Spülgases beispielsweise 50 sccm (0,0845 Pa.m3/s) beträgt, muss der Querschnitt der Verengung kleiner oder gleich 600 mm2 sein. Ebenso muss der Durchfluss von eingeblasenem Spülgas größer oder gleich 25 sccm (42,25 × 10-3 Pa.m3/s) sein, wenn der Querschnitt der Verengung 300 mm2 beträgt.
Der Spülgasstrom und die zugehörige ringförmige Verengung ermöglichen es auch, die Lagerelemente der Turbomolekularvakuumpumpe 1, insbesondere die elektrischen Anschlüsse, die Schweißnähte und die Lager 18a, 18b, vor den teilweise aggressiven Pumpgasen zu schützen, indem sie eine Barriere bilden, die den Eintritt der Pumpgase unter den Rotor 3 begrenzt.
Im Betrieb und wie im Beispiel der 1 schematisch dargestellt, tritt das Spülgas durch die ersten Lager 18a, steigt entlang der Antriebswelle 12 auf und tritt durch die zweiten Lager 18b, die das zweite Ende der Antriebswelle 12 lagern und führen, um aus dem Mantel 17 des Stators 2 auszutreten und in dem Spalt zwischen dem Mantel 17 und dem Innenbehälter 15 und dann unter der Holweckhülse 13 zu zirkulieren, um durch die ringförmige Verengung c zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 zu treten und sich wieder mit den Pumpgasen an dem Auslass der Vakuumpumpe 1 (Pfeile F2 in 1) zu verbinden.
Die Turbomolekularvakuumpumpe 1 kann eine Heizeinrichtung 22, wie etwa ein Heizwiderstandsband, zum Erwärmen des Stators 2, umfassen, das dazu ausgebildet ist, eine den Rotor 3 umgebende Hülse 24 des Stators 2 auf eine Solltemperatur, beispielsweise größer 80° C, wie beispielsweise 130 °C, zu erwärmen.
Die dem Mantel 17 des kühlbaren Stators 2 zugewandte Oberfläche der Innenschale 15 des Rotors 3 weist zumindest über einen Teil der Oberfläche der Innenschale 15 ein höheres Emissionsvermögen auf als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3, und die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3 weist zumindest über einen Teil der Oberfläche der Innenschale 15 ein geringeres Emissionsvermögen auf als die Oberfläche der Innenschale 15 des Rotors 3.
Alternativ oder zusätzlich weist die der Innenschale 15 des Rotors 3 zugewandte Oberfläche des kühlbaren Mantels 17 des Stators 2 zumindest über einen Teil der Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2 ein höheres Emissionsvermögen auf als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3, und die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3 weist zumindest über einen Teil der Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2 ein geringeres Emissionsvermögen auf als die Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2.
Der größte Teil der Oberfläche der Innenschale 15, etwa die gesamte Oberfläche der Innenschale 15, abgesehen von den Zentrierflächen, und/oder der größte Teil der Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2, wie etwa die gesamte Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2, abgesehen von den Zentrierflächen, weist beispielsweise ein höheres Emissionsvermögen auf.
Die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen weisen beispielsweise ein Emissionsvermögen von größer oder gleich 0,4, wie beispielsweise größer oder gleich 0,8, auf. Die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende(n) Oberfläche(n) weisen - insbesondere bei einem Rotor 3 aus Aluminium, aus Nickel oder bei einem nickelbeschichteten Rotor - beispielsweise ein Emissionsvermögen von weniger als 0,3, beispielsweise ein Emissionsvermögen von 0,2, auf.
Das Innere - und nur das Innere - des Rotors 3, das eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen aufweist, ermöglicht es, die Strahlungskühlung des Rotors 3 durch Wärmeabfuhr zu fördern. Der eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen aufweisende Mantel 17 des Stators 2 unter dem Rotor 3, ermöglicht es, die Kühlung des Rotors 3 durch radiaktive Strahlung von dem Mantel 17, der selbst gekühlt wird, zu fördern. Der Wärmefluss ist in der 1 schematisch durch die Pfeile F3 dargestellt.
Die den Rotor 3 umgebende Hülse 24 des Stators 2 kann erwärmt werden, um die Bildung von Ablagerungen an den Innenflächen des Stators 2 zu vermeiden. Der Wärmeaustausch zwischen der Hülse 24 und dem Rotor 3 wird durch die Außenflächen des Rotors 3 mit geringem Emissionsvermögen reduziert, um den Rotor 3 nicht zu erwärmen.
Der unter dem Rotor 3 hervorstehende Mantel 17 des Stators 2 wird gekühlt, um die elektronischen Bauteile und den Motor unter dem Rotor 3 zu schützen. Der Wärmeaustausch zwischen dem Mantel 17 und dem Rotor 3 wird durch ein hohes Emissionsvermögen aufweisende Oberflächen der Innenschale 15 des Rotors 3 und/oder des Mantel 17 des Stators 2 gefördert, um den Rotor 3 besser zu kühlen.
Um den Wärmeaustausch deutlich zu verbessern, können Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen sowohl an dem beweglichen Teil (Innenschale 15) als auch an dem festen Teil (Mantel 17) in dem Bereich, der nicht direkt mit den Pumpgasen in Verbindung steht, priorisiert werden.
Die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3 kann ein geringes Emissionsvermögen aufweisen. Insbesondere kann diese mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3 eine Schutzbeschichtung gegen Korrosion, wie beispielsweise eine Nickelbeschichtung, aufweisen.
Die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale 15 des Rotors 3 und/oder des Mantels 17 des Stators 2 wird/werden beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung erhalten, wie etwa durch Anodisieren oder Sandstrahlen oder Rillen oder Texturieren - beispielsweise mittels Laser -, oder mit Soda behandelt, um schwarzgefärbt zu werden. Die Oberflächenbehandlung des Aluminiums durch Anodisierung, Sodabehandlung oder Lasertexturierung bietet den Vorteil, dass Oberflächen mit einem Emissionsvermögen von mehr als 0,8 zu vertretbaren Kosten erhalten werden können.
Alternativ oder zusätzlich wird/werden die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale 15 des Rotors 3 und/oder des Mantels 17 des Stators 2 erhalten durch Aufbringen einer Beschichtung, wie etwa eine plasmachemische Abscheidung einer Beschichtung vom Typ KEPLA-COAT® oder etwa eine Lackbeschichtung ohne Lösungsmittel, etwa einer Epoxy-Polymer-Beschichtung, üblicherweise als „Epoxylack“ bezeichnet. Die Tatsache, dass nur die Oberflächen der Innenschale des Rotors 3 eine Epoxy-Polymer-Beschichtung mit hohem Emissionsvermögen aufweisen können, bietet den Vorteil, dass die Beständigkeit der Beschichtung des Rotors durch die Presswirkung der Zentrifugalkraft verstärkt wird.
Damit die Zentrifugalkraft den Lack oder die Beschichtung nicht abreißen kann, sind die lackierten oder beschichteten Oberflächen vorzugsweise auf die zur Drehachse I-I des Rotors 3 parallelen Flächen wie beispielsweise die zylindrischen Flächen der Innenschale 15, insbesondere der Holweckhülse 13, beschränkt. Die Dicke der Beschichtung liegt beispielsweise zwischen 30 µm und 100 µm.
Die Beschichtung oder Oberflächenbehandlung kann ein vorzugsweise mattes und/oder dunkles Aussehen, wie beispielsweise Schwarz oder einen Schwarzton, aufweisen.
Es ist insbesondere möglich, mehrere Oberflächenbehandlungen und/oder Beschichtungsschichten vorzusehen, um das Emissionsvermögen des Rotors 3 und/oder des Stators 2 in dem Spalt zu erhöhen.
Die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung ist vorzugsweise lösungsmittelfrei. In der Tat sind die Lösungsmittel in bestimmten Pumpanwendungen vollständig verboten, und es wird bevorzugt, in der Vakuumpumpe 1 keine Lösungsmittel zu verwenden, um jedes Risiko einer Rückdiffusion in die auszupumpenden Einhausungen zu vermeiden.
Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Rotors 3 besteht der erste Schritt darin, eine Behandlung der Außenfläche 25 des Rotors 3 durchzuführen, um - abgesehen von Zentrierflächen - eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des Rotors 3 zu erhalten, oder eine Beschichtung auf den Rotor 3 abzuscheiden, um - abgesehen von Zentrierflächen - eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des Rotors 3 zu erhalten. Die Zentrierflächen ermöglichen die Zentrierung des Rotors 3 mit der Antriebswelle 12 auf der Drehachse I-I und erfordern daher eine höhere Fertigungsgenauigkeit. Danach wird als Zweites die Außenfläche 25 des Rotors 3, die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale 15 des Rotors 3 vernickelt.
Gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform des Rotors 3 wird eine Oberflächenbehandlung eines ersten Teils 3a des Rotors 3, der die Innenschale 15 und die Holweckhülse 13 umfasst, durchgeführt, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors 3 zu erhalten, oder es wird eine Beschichtung auf einen ersten Teil des Rotors 3, der die Innenschale 15 und die Holweckhülse 13 umfasst, aufgebracht, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors 3 zu erhalten. Danach wird die Oberfläche des ersten Teils des Rotors 3, die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale 15 vernickelt. Dann wird der erste Teil 3a des Rotors 3 beispielsweise durch Verschrauben fest mit einem vernickelten zweiten Teil 3b des Rotors 3, der mindestens zwei Laufschaufelstufen 9 umfasst, verbunden.
Gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform wird ein Stück, das die Innenschale 15 mit einer Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen bildet, zusammengefügt - beispielsweise durch Verschraubung oder Presspassung - mit einem Rotorkörper 23, der zum einen für die Montage der Innenschale 15 eine zu der Innenschale 15 komplementäre konkave Form aufweist und zum anderen mindestens zwei Laufschaufelstufen 9 umfasst. Das Stück, das die Innenschale 15 mit der Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen bildet, besteht beispielsweise aus anodisiertem Aluminium.
Im Betrieb wird unter dem Rotor 3 der Wärmeaustausch mit dem Mantel 17 des Stators 2 durch die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen begünstigt, wodurch die Strahlungskühlung des Rotors 3 verbessert werden kann. Diese Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen kommen nicht mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung, da sie zum einen durch das in dem Spalt unter dem Rotor 3 zirkulierende Spülgas und zum anderen durch die ringförmige Verengung am Ende der Innenschale 15 geschützt sind. Das Spülgas und die ringförmige Verengung ermöglichen es, die Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen des Rotors 3 und/oder des Stators 2 vor potentiellen Aggressionen der Pumpgase, die unter dem Rotor 3 eindringen könnten, zu schützen. Somit werden nur die geschützten Oberflächen stark emittierend gemacht, sodass sie nur wenig oder nicht mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung kommen. Die Kostenersparnis ist beträchtlich, denn durch den Spülstrom und den geringen Leitwert lassen sich Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen relativ einfach und damit kostengünstig herstellen. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass die Strahlungskühlung des Rotors 3, die durch die Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen des Rotors 3 und des Stators 2 unter dem Rotor 3 begünstigt wird, in Verbindung mit einem Spülgasstrom zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2, bei einem auf 70 °C gekühlten Mantel 17 eine Erhöhung des Durchflusses von schweren Pumpgasen von 20% auf 30% ermöglichen.
Als Beispiel und zum besseren Verständnis der Erfindung gilt, wenn die folgenden Bezeichnungen verwendet werden:

- P_rs, die von dem Rotor 3 auf den Stator 2 abgestrahlte Wärmeleistung,
- T_r, die Temperatur des Rotors 3 (in K)
- T_s, die Temperatur des Mantels 17 des Stators 2 (in K),
- ε_r, das Emissionsvermögen der Innenschale 15 des Rotors 3,
- ε_s, das Emissionsvermögen der Glocke 17 des Stators 2,
- S_sr, die Stirnfläche zwischen der Innenschale 15 des Rotors 3 und der Glocke 17 des Stators 2,
- für die von dem Rotor 3 auf den Stator 2 abgestrahlte Leistung Folgendes gilt: $P 1 = S_{sr} . ε_{r} . σ . T_{r}^{4}$
  mit σ = 5,67 × 10^-8 W.m^-2 K^-4 , der Stefan-Boltzmann-Konstante (Emissionskonstante von Schwarzkörpern)
- für die von dem Stator 2 reflektierte Leistung Folgendes gilt: $P 2 = (1 - ε_{s}) . P 1$
- für die von dem Stator 2 auf den Rotor 3 abgestrahlte Leistung Folgendes gilt: $P 3 = S_{sr} . ε_{s} . σ . T_{s}^{4}$
- für die von dem Rotor 3 reflektierte Leistung Folgendes gilt: $P 4 = (1 - ε_{r}) . P 3$
- Folglich ist die von dem Rotor 3 auf den Stator 2 übertragene Wärmeleistung: $P_{rs} = P 1 - P 2 - P 3 + P 3 + P 4 = S_{sr} . ε_{r} . ε_{s} . σ . {(T_{r}^{4} - T)}_{s}^{4}$

Wenn also die Oberfläche Ssr gleich 500 cm2 ist, beträgt das Emissionsvermögen der Innenschale 15 des Rotors 3 0,7 und das des Mantels 17 beträgt 0,8, und wenn die Temperatur des Rotors 3 150 °C und die des Mantels 17 70 °C beträgt, kann der Rotor 3 etwa 28 W übertragen.
Wenn andererseits das Emissionsvermögen des Mantels 17 nicht mehr als 0,2 beträgt, so beträgt die übertragene Leistung nicht mehr als 7,2 W.
Aus dem eben Beschriebenen wird ersichtlich, dass, um den Durchfluss von Pumpgasen zu erhöhen, die Wärmeleistung, die von dem Rotor 3 durch Strahlung abführbar ist, erhöht werden kann, indem die gegenüberliegenden emittierenden Flächen Ssr unter dem Rotor 3 maximiert werden, indem das Emissionsvermögen der Oberflächen der Innenschale 15 des Rotors 3 maximiert wird, und indem das Emissionsvermögen der Oberflächen des Mantels 17 des Stators 2 maximiert wird.
Die 4 zeigt auch eine zweite beispielhafte Ausführung, bei der die Vakuumpumpe 1 nur turbomolekular ist: der Rotor 3 umfasst mindestens zwei Laufschaufelstufen 9, jedoch keine Holweckhülse.
In diesem Beispiel ist der Querschnitt der ringförmigen Verengung c über den größten Teil der Höhe der Innenschale 15 konstant.
Wie zuvor weist die dem Mantel 17 des kühlbaren Stators 2 zugewandte Oberfläche der Innenschale 15 des Rotors 3 zumindest über einen Teil der Oberfläche der Innenschale 15 ein höheres Emissionsvermögen auf als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3. Alternativ oder zusätzlich weist die der Innenschale 15 des Rotors 3 zugewandte kühlbare Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2 zumindest über einen Teil der Oberfläche des Mantels 17 des Stators 2 ein höheres Emissionsvermögen auf, als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche 25 des Rotors 3.
Im Betrieb wird, wie in dem vorhergehenden Beispiel, unter dem Rotor 3 der Wärmeaustausch mit dem Mantel 17 des Stators 2 durch die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen begünstigt, wodurch die Strahlungskühlung des Rotors 3 verbessert werden kann. Diese Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen kommen nicht mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung, da sie zum einen durch das in dem Spalt unter dem Rotor 3 zirkulierende Spülgas und zum anderen durch die ringförmige Verengung am Ende der Innenschale 15 geschützt sind. Das Spülgas und die ringförmige Verengung ermöglichen es, die Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen des Rotors 3 und/oder des Stators 2 vor den potentiellen Aggressionen der Pumpgase, die unter dem Rotor 3 eindringen könnten, zu schützen. Somit werden nur die geschützten Oberflächen stark emittierend gemacht, damit sie nur wenig oder garnicht mit den potentiell korrosiven Pumpgasen in Berührung kommen.

Claims

Turbomolekularvakuumpumpe (1), dazu ausgebildet, Pumpgase von einer Ansaugöffnung (6) zu einer Ausstoßöffnung (7) anzutreiben, wobei die Turbomolekularvakuumpumpe (1) Folgendes umfasst: - einen Stator (2), Folgendes umfassend: ▪ wenigstens eine Leitschaufelstufe (10), und ▪ einen kühlbar ausgebildeten Mantel (17), - einen Rotor (3), der zum Umlaufen in dem Stator (2) ausgebildet ist und Folgendes umfasst: ▪ wenigstens zwei Laufschaufelstufen (9), wobei die Laufschaufelstufen (9) und die Leitschaufelstufen (10) axial entlang einer Drehachse (I-I) des Rotors (3) aufeinander folgen, ▪ eine zur Drehachse (I-I) koaxiale Innenschale (15), die dem Mantel (17) des Stators (2) zugewandt angeordnet ist, - eine Spüleinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, einen Spülgasstrom in den Spalt zwischen dem Mantel (17) des Stators (2) und der Innenschale (15) des Rotors (3) einzublasen, dadurch gekennzeichnet, dass die dem kühlbaren Mantel (17) des Stators (2) zugewandt angeordnete Oberfläche der Innenschale (15) des Rotors (3), zumindest über einen Teil der Oberfläche der Innenschale (15) ein höheres Emissionsvermögen aufweist als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3), und dass die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3) zumindest über einen Teil der Oberfläche der Innenschale (15) ein geringeres Emissionsvermögen aufweist als die Oberfläche der Innenschale (15) des Rotors (3), und/oder die der Innenschale (15) des Rotors (3) zugewandte kühlbare Oberfläche des Mantels (17) des Stators (2) zumindest über einen Teil der Oberfläche des Mantels (17) des Stators (2) ein höheres Emissionsvermögen aufweist als die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3), und die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3) zumindest über einen Teil der Oberfläche des Mantels (17) des Stators (2) ein geringeres Emissionsvermögen aufweist als die Oberfläche des Mantels (17) des Stators (2).
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der ringförmigen Verengung (c) zwischen einem Ende der Innenschale (15) des Rotors (3) und dem Mantel (17) des Stators (2) kleiner oder gleich 12 mm2/1,69 × 10-3 Pa.m3/s von eingeblasenem Spülgasstrom ist, um den Eintritt der Pumpgase in den Spalt, der sich zwischen dem Mantel (17) des Stators (2) und der Innenschale (15) des Rotors (3) befindet, zu begrenzen und um die Oberfläche(n) mit höherem Emissionsvermögen, die sich zwischen der Innenschale (15) des Rotors (3) und dem Mantel (17) des Stators (2) befinden, zu schützen.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende Außenfläche (25) des Rotors (3) eine Korrosionsschutzbeschichtung, wie beispielsweise eine Nickelbeschichtung, aufweist.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen ein Emissionsvermögen von größer oder gleich 0,4 aufweisen.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Pumpgasen in Fluidverbindung stehende(n) Oberfläche(n) ein Emissionsvermögen von weniger als 0,3 aufweisen.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale (15) des Rotors (3) und/oder des Mantels (17) des Stators (2) durch eine Oberflächenbehandlung, wie etwa Anodisieren oder Sandstrahlen oder Rillen oder Texturieren - beispielsweise mittels Laser - erhalten, oder mit Soda behandelt wird/werden.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche(n) mit hohem Emissionsvermögen der Innenschale (15) des Rotors (3) und/oder des Mantels (17) des Stators (2) durch Aufbringen einer Beschichtung, wie etwa eine plasmachemische Abscheidung einer Beschichtung vom Typ KEPLA-COAT®, oder etwa einer Lackbeschichtung ohne Lösungsmittel, wie etwa einer Epoxy-Polymer-Beschichtung, erhalten wird/werden.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung ein mattes und/oder dunkles Erscheinungsbild aufweist.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung lösungsmittelfrei ist.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, einen Spülgasstrom an mindestens einem Lager (18a, 18b), das eine Antriebswelle (12) des Rotors (3) lagert und führt, einzublasen, sodass der Spülgasstrom durch das mindestens eine Lager (18a, 18b) hindurchtritt, bevor er aus dem Mantel (17) des Stators (2) austritt.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor für das Vorhandensein von durch die Spüleinrichtung (20) eingeblasenem Spülgas umfasst.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heizeinrichtung (22) umfasst, die dazu ausgebildet ist, eine den Rotor (3) umgebende Hülse (24) des Stators (2) zu erwärmen.
Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) stromabwärts der mindestens zwei Laufschaufelstufen (9) eine Holweckhülse (13) aufweist, wobei die Holweckhülse (13) durch einen glatten Zylinder gebildet ist, der dazu ausgebildet ist, zum Pumpen der Gase gegenüber schraubenlinienförmigen Nuten (14) des Stators (2) umzulaufen, wobei die dem Mantel (17) des Stators (2) zugewandte Innenschale (15) ebenfalls durch das Innere der Holweckhülse (13) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (3) einer Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem: - eine Behandlung der Außenfläche (25) des Rotors (3) durchgeführt wird, um abgesehen von Zentrierflächen eine Oberfläche des Rotors (3) mit hohem Emissionsvermögen zu erhalten, oder eine Beschichtung auf dem Rotor (3) abgeschieden wird, um abgesehen von Zentrierflächen eine Oberfläche des Rotors (3) mit hohem Emissionsvermögen zu erhalten, und danach - die Außenfläche (25) des Rotors (3), die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale (15) des Rotors (3) vernickelt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (3) einer Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Verbindung mit Anspruch 12, bei dem: - eine Oberflächenbehandlung eines ersten Teils des Rotors (3), der die Innenschale (15) und die Holweckhülse (13) umfasst, durchgeführt wird, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors (3) zu erhalten, oder eine Beschichtung auf einen ersten Teil des Rotors (3), der die Innenschale (15) und die Holweckhülse (13) umfasst, abgeschieden wird, um eine Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen des ersten Teils des Rotors (3) zu erhalten, danach - die Oberfläche des ersten Teils des Rotors (3), die dazu bestimmt ist, mit den Pumpgasen in Fluidverbindung zu stehen, mittels einer Maskierung der Innenschale (15) vernickelt wird, - danach der erste Teil des Rotors (3) fest mit einem vernickelten zweiten Teil des Rotors (3), der mindestens zwei Laufschaufelstufen (9) umfasst, verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (3) einer Turbomolekularvakuumpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein die Innenschale (15) bildendes Stück mit einer Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen mit einem Rotorkörper (23) zusammengefügt wird, der zum einen eine zu der Innenschale (15) komplementäre konkave Form aufweist und zum anderen mindestens zwei Laufschaufelstufen (9) umfasst.