DE4300274A1

DE4300274A1 - Vakuumpumpe mit Rotor

Info

Publication number: DE4300274A1
Application number: DE4300274A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Bachmann; Michael Dr Froitzheim
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1994-07-14
Also published as: WO1994016228A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumpumpe, insbesondere Hochvakuumpumpe, mit einem Rotor, der gemeinsam mit einem Stator und gegebenenfalls mit einem weiteren Rotor einen schmiermittel freien, von den zu fördernden Gasen durchströmten Förderraum bildet.

Zu Vakuumpumpen der erwähnten Art gehören zum einen Reibungsva kuumpumpen, wie Turbovakuumpumpen (axial, radial Molekularva kuumpumpen, Turbomolekularvakuumpumpen und Kombinationen dieser Pumpen, die häufig mit Hybrid- oder Compoundpumpen bezeichnet werden. Zum anderen werden auch Wälzkolben- und Klauenvakuum pumpen mit schmiermittelfreien Schöpfräumen (Förderräumen) betrieben und gehören somit zu den gattungsgemäßen Vakuumpumpen. Bei diesen ein- oder mehrstufig ausgebildeten Vakuumpumpen befindet sich im Schöpfraum jeweils ein Rotorpaar, das gemeinsam mit dem Gehäuse (Stator) den Förderraum bildet.

Das Saugvermögen der hier betroffenen Vakuumpumpen hängt maßgeb lich von der Drehzahl des bzw. der Rotoren ab. Sie werden deshalb mit möglichst hohen Drehzahlen betrieben. Der Erhöhung der Drehzahl sind jedoch Grenzen gesetzt, die maßgeblich von der Festigkeit des Rotormaterials abhängen. Zu berücksichtigen ist dabei, daß Vakuumpumpen der erwähnten Art häufig zur wiederholten Evakuierung von Vakuumkammern eingesetzt werden, in denen Ätz prozesse, Beschichtungsprozesse und chemische Prozesse der verschiedensten Art durchgeführt werden. Insbesondere bei Ätzprozessen haben die von der Vakuumpumpe zu fördernden Gase eine erhöhte Temperatur (beispielsweise 120°C). Da die Festig keit eines Werkstoffes mit steigender Temperatur abnimmt, muß die Höchstdrehzahlgrenze umso niedriger gewählt werden, je höher die Betriebstemperatur ist.

Bei modernen Turbomolekularvakuumpumpen werden warmaushärtbare Legierungen vom Typ AlMgSi oder auch AlCuSiMn als Rotorwerkstoff eingesetzt. Die Drehzahlen liegen beispielsweise bei einem Rotor mit einem Durchmesser von 130 (mm) bei rd. 50 000 U/min.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Rotor bzw. deren Rotoren mit erhöhten Drehzahlen betrieben werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rotor zumindest teilweise aus einer Aluminium-Lithium-Legierung be steht. Vorzugsweise liegt der Lithium-Legierungsanteil zwischen 0,5% und 10%. Die besten Erfahrungen werden bisher mit Legie rungen mit einem Li-Legierungsanteil zwischen 1,5% und 3% gemacht. Werkstoffe dieser Art sind im Aufsatz von A.K. Vasudevan und R.D. Doherty "Aluminium Alloys - Contemporary Research and Applications", ACADEMIC PRESS, INC., 1989 beschrieben.

Werkstoffe dieser Art sind leichter als die bisher verwendeten. Neben der sehr hohen Festigkeit im Bereich der höchstfesten Legierungen vom Typ AlZnMgCu besitzen die AlLi-Legierungen die höchste Steifigkeit (E-Modul) aller genormten Al-Knet- und Gußlegierungen. Vakuumpumpen, deren Rotoren zumindest in den Bereichen hoher Fliehkraftbelastung aus AlLi-Werkstoffen beste hen, können so mit erhöhten Drehzahlen betrieben werden. Bei Turbomolekularpumpen können die Rotor-Drehzahlen, je nach bisher verwendeter Al-Legierung, um bis zu rd. 10% erhöht werden.

Überraschenderweise ist die Erfindung noch mit einem weiteren wesentlichen Vorteil verbunden. Bei den erwähnten Einsätzen - Evakuierung von Vakuumkammern, in denen chemische Prozesse, Ätzprozesse, Beschichtungsprozesse usw. ablaufen - fallen viel fach aggressive Gase, insbesondere Halogene und deren Verbin dungen, an. Diese verursachen bevorzugt an den Rotoren der verwendeten Vakuumpumpen Korrosionen, die das Saugvermögen der Vakuumpumpe sehr schnell beeinträchtigen können. Zur Vermeidung dieser Korrosionen ist es bekannt, die aus den üblichen Alumini um-Werkstoffen bestehenden Rotoren zu beschichten. Diese Verfah ren sind aufwendig. Überraschenderweise hat sich der erfin dungsgemäße Aluminium-Lithium-Werkstoff als nahezu korrosionsfest erwiesen. Aufwendige Maßnahmen zum Schutz der Oberfläche des Rotors vor den anfallenden aggressiven Gasen sind nicht mehr erforderlich.

Vorzugsweise besteht nur der Rotor bzw. bestehen nur die Rotoren der Vakuumpumpe - zumindest teilweise - aus der vorgeschlagenen Aluminium-Lithium-Legierung, da allein durch diese Maßnahme die erhöhte Rotor-Festigkeit, erreicht wird. Für den Fall, daß der Korrosionsschutz im Vordergrund steht, ist es zweckmäßig, daß auch der Stator - oder zumindest die dem Rotor zugewandte Ober fläche des Stators - aus der Aluminium-Lithium-Legierung besteht. Selbst beim Anfall von 100% Chlor können durch diese Maßnahme hohe Standzeiten der Vakuumpumpen erreicht werden.

Das Figurenblatt zeigt schematisch vier Beispiele für Vakuum pumpen der hier betroffenen Art. Im einzelnen handelt es sich um eine Turbomolekularvakuumpumpe 1 (Fig. 1), Wälzkolbenvakuumpumpe 2 (Fig. 2), Klauenpumpe 3 (Schnitt durch eine Stufe, Fig. 3) sowie Turbovakuumpumpe 4 (Fig. 4). Alle Pumpen bzw. Pumpenstufen haben einen Einlaß 5 und einen Auslaß 6. Zwischen Einlaß 5 und Auslaß 6 befinden sich die Rotoren 7 bzw. Rotorpaare 8, 9. Diese bilden gemeinsam mit einem Stator 11 bzw. mit dem Gehäuse 12 einen Förderraum 13, der von den gepumpten Gasen durchströmt wird.

Die Rotoren 7, 8, 9 bestehen aus einer Aluminium-Lithium-Legie rung, zweckmäßig aus dem Werkstoff 8090 oder 8090A (vgl. Tabelle I im o.a. Aufsatz). Aufgrund der erhöhten Festigkeit und Steifigkeit der Rotoren können diese mit erhöhten Drehzahlen be trieben werden. Zusätzlich sind sie korrosionsfest. Um eine Korrosionsfestigkeit auch bei den Statoren 11, 12 zu erreichen, können diese ebenfalls aus einem der angegebenen Werkstoffe bestehen oder zumindest förderraumseitig damit beschichtet sein.

Claims

1. Vakuumpumpe, insbesondere Hochvakuumpumpe, mit einem Rotor, der gemeinsam mit einem Stator und gegebenenfalls mit einem weiteren Rotor einen schmiermittelfreien, von den zu för dernden Gasen durchströmten Förderraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rotoren (7, 8) zumindest teilweise aus einer Aluminium-Lithium-Legierung bestehen.

2. Vakuumpumpe, insbesondere Hochvakuumpumpe, mit einem Rotor, der gemeinsam mit einem Stator und gegebenenfalls mit einem weiteren Rotor einen schmiermittelfreien, von den zu för dernden Gasen durchströmten Förderraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Rotoren (7, 8) zumindest teilweise mit einer Aluminium-Lithium-Legierung beschichtet sind.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Stator (11, 12) aus der Aluminium-Lithium-Le gierung besteht oder zumindest förderraumseitig damit beschichtet ist.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß der Litium-Anteil zwischen 0,5% und 10%, vorzugs weise zwischen 1,5% und 3% liegt.

5. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe 8090 oder 8090 A als Rotorwerkstoffe eingesetzt werden.