EP2597313A2 - Schnell drehender Rotor für eine Vakuumpumpe - Google Patents

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EP2597313A2
EP2597313A2 EP12191948.4A EP12191948A EP2597313A2 EP 2597313 A2 EP2597313 A2 EP 2597313A2 EP 12191948 A EP12191948 A EP 12191948A EP 2597313 A2 EP2597313 A2 EP 2597313A2
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EP
European Patent Office
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sleeve
rotor
stator
vacuum pump
rotor according
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EP12191948.4A
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EP2597313A3 (de
EP2597313B1 (de
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Matthias Mädler
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Pfeiffer Vacuum GmbH
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Pfeiffer Vacuum GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044—Holweck-type pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the invention relates to a fast-rotating rotor according to the preamble of claim 1.
  • Holweck molecular pumping stages have been successful for years in the field of vacuum technology. As a rule, they are used in turbomolecular pump stages as the fore-vacuum side pumping stage, so that the turbomolecular pump can eject against higher prevacuum pressures. After Holweck rotates a smooth sleeve in a provided with helical grooves stator. Several pods may be present, so the beats DE 196 32 375 A1 to allow cores of different axial length in the gas stream to act in parallel.
  • sleeves of carbon fiber reinforced material as this has a low expansion under the action of heat and centrifugal forces.
  • the disadvantage is that the sleeve must be carried on the rotor and in this case a material is used in a carrier component, which is subject to a greater extent and thus generates high voltages in the sleeve.
  • This disadvantage complicates the design of the rotor and limits the vacuum technical performance, for example by speed and temperature limits. Vacuum performance includes, for example, the compression achieved and the pumping speed. It was in the EP-A 1 408 237 proposed to let pass the fiber-reinforced Holweckhülse in the support member and thereby exploit a special design of the fibers. However, this proposal has not yet led to market success, which could be due to the complexity of the fiber design and rotor geometry.
  • the design with the features of claim 1 ensures that the voltage difference between the support structure and sleeve is reduced. Due to the lower voltage difference, the vacuum technical performance is improved because speed and working temperature can be selected higher.
  • the first sleeve can be supported directly by the support structure, while the second sleeve is supported by the first sleeve and thus only indirectly connected to the support structure via the first sleeve.
  • the second sleeve may be connected to the support structure and the first sleeve may be carried by the second sleeve.
  • both sleeves are directly connected to the support structure.
  • first sleeve and the second sleeve with respect to the material from which the sleeves are made differ from each other.
  • the materials differ in terms of expansion under the action of heat and / or centrifugal forces.
  • first sleeve and the second sleeve can be connected to one another over a wide area, in particular over the whole area.
  • the composite formed by the two sleeves is designed such that the forces on the first sleeve produced by the second sleeve under the action of centrifugal forces approximate those forces resulting from the expansion of the support structure , in particular a hub of the support structure, act on the first sleeve.
  • the composite can be formed by forming the two sleeves an adhesive bond or a shrink joint.
  • the shrink-fit connection is in particular produced such that the first sleeve and the second sleeve are brought to different temperatures and then arranged one inside the other, in particular into one another pushed or inserted into each other. Following this, ie when returning to "normal temperature", the previously relatively “cooled” sleeve expands again, while the previously relatively “heated” sleeve contracts. This creates a firm connection between the two sleeves, for which in particular no additional fastening means are needed. It is provided in particular that it is the inner sleeve, in this case the second sleeve, which is "cooled” while the first sleeve, ie the outer sleeve, is brought to an elevated temperature.
  • the composite can also be formed by pressing or pressing the two sleeves together so that the two sleeves are welded together, or by screwing the two sleeves together, the latter being achieved in particular by the outer sleeve being on its inside and the inner sleeve is threaded on each of its outer sides, and the two sleeves are screwed by screwing the inner sleeve into the outer sleeve.
  • a cohesive connection can exist between the two sleeves to form the composite.
  • a positive or non-positive connection is made between the two sleeves.
  • the one sleeve forms a reinforcement or coating of the other sleeve, wherein the reinforcement or coating can be formed either by the first sleeve or by the second sleeve.
  • FIG. 1 a vacuum pump 2, which is detachably connected by means of a flange 4 with a container, not shown, to be evacuated. Gas enters through the suction port 6, is compressed in the vacuum pump and discharged through the gas outlet 8. As a rule, a backing pump is connected to the gas outlet.
  • a rotor 10 which comprises a shaft 12. This is rotatably supported by a first bearing 34 and a second bearing 36.
  • a drive magnet 32 may be provided, which cooperates with a drive coil 30 to enable the rotor in rapid rotation.
  • the rotational speed is dimensioned such that a molecular pump effect is brought about by the interaction of the rotor and a stator 40.
  • the stator has a helical groove 42 on a radially inner surface.
  • a support structure On the shaft of the rotor, a support structure is attached, which may be designed as a disc-like hub 14 designed. With this hub a first sleeve 16 is connected rotatably. Within this first sleeve 16, a second sleeve 18 is arranged and both sleeves form a composite. This composite is preferably chemically stable, heat and speed resistant. In this way, the first and second sleeves remain connected under the operating conditions. As the rotor rotates, centrifugal forces begin to act on the rotating parts, but especially on the hub and sleeves.
  • the expansion of the second sleeve is impeded by the first sleeve, in particular if the first sleeve is formed from a fiber-reinforced material, for example a carbon-fiber-reinforced plastic.
  • the second sleeve is now designed according to material and geometry such that the forces generated by them under the action of centrifugal forces on the first sleeve those forces come close, which act on the first sleeve by the extension of the hub.
  • the goal is in particular, in design of hub and second sleeve, the voltages in the first To bring the sleeve to a level that is compatible with its material constants. As a result, an overload of the first sleeve is avoided. It is advantageous that can be achieved at a much larger amount of operating conditions by the additional design degrees of freedom using the second sleeve, the overload of the first sleeve, wherein an operating condition is determined by among other things temperature, speed and gas load.
  • a hub 14 to which the first sleeve 16 is attached.
  • a composite forming the second sleeve 18 is provided.
  • a stator 40 is provided which cooperates with the outer surface of the first sleeve, so that the first stator and the first sleeve form a first pumping stage.
  • a second stator 44 cooperating with an inner surface of the second sleeve so that the second sleeve and the second stator form a second pumping stage.
  • the pumping stages can be flowed through in series one behind the other, the gas then follows the arrow 100. It may be desirable to operate the pumping stages in parallel.
  • at least one passage 52 can be provided in the hub, through which gas can pass through the hub into the second pumping stage along the dashed arrow 102.
  • connection 50 are connected by the second sleeve and hub.
  • Hub and second sleeve can be made in one piece at this point.
  • the training according Fig. 3 refers to the supporting structure. This is designed according to the development as a support plate 60.
  • the support disk has an inner ring 66 with a shaft receiver 68, with which the support disk can be mounted on the shaft.
  • a circumferential ring of blades 62 adjoins the inner ring, so that a disk of substantially turbomolecular design is formed.
  • a support ring 64 is connected or made in one piece, to which the first sleeve 16 is fixed, which forms a composite with the second sleeve 18.
  • a rotor disk 82 of turbomolecular design for forming a turbomolecular pump section can still be provided on the shaft 12.
  • a plurality of rotor disks may be disposed on the shaft and form a first disk portion 84 and a second disk portion 86.
  • Other disc sections may be present. This creates a powerful vacuum pump for differential evacuation of a multi-chamber system.
  • the rotor after Fig. 4 In addition to a first sleeve 16 connected to the sleeve 16 has a third sleeve 78, which may also be attached to the hub 14 or on its own support structure.
  • a first stator 40 cooperates with the outer surface of the first sleeve to form a pumping stage.
  • a second stator 44 creates a pumping action with the inner surface of the second sleeve and the outer surface of the third sleeve to create a second and a third pumping stage.
  • a gas inlet 88 may be provided to admit gas between the first and second stator in the second pumping stage.
  • the rotor after Fig. 4 can be rotatably mounted with a permanent magnet bearing 80 and a second bearing 36, which may be designed as a rolling bearing or active magnetic bearing.
  • FIG. 5 Rotor and stator of a vacuum pump are shown schematically and cut, the gas flow is illustrated by arrows.
  • the shaft 12 of the rotor is supported at its suction end by a permanent magnet bearing 80.
  • a roller bearing 92 serves to support the shaft.
  • a disc-shaped hub 14 is connected to the shaft.
  • a first sleeve 16 mitrotierbar, chemical and heat resistant attached.
  • the first sleeve extends from the hub toward the suction side 104.
  • a second sleeve 18 disposed radially within the first sleeve forms a bond with the first sleeve.
  • the second sleeve may have on its radially inner surface a pump structure, for example at least one helical groove.
  • the radially inner surface of the sleeve cooperates with a second stator 44 and forms with it a molecular pumping stage.
  • the radially outer surface of the first sleeve, however, together with the stator 40 forms a molecular pumping stage.
  • One or both of the stators may have a pumping structure. In this way, a compact molecular vacuum pump created. Due to the additional pumping structure on the inner surface of the second sleeve, a high pumping speed can be achieved in this pumping stage, whereby an advantageous Saugoutheasternsabstufung the pumping stages to each other is possible.
  • the second sleeve may be integral with the hub.
  • the pumping speed of the vacuum pump after Fig. 5 can be further increased by a rotor disk 82 is mounted on the rotor on the suction side.
  • a further increase results from a stator disk 90 following in the gas flow of the rotor disk.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen schnell drehenden Rotor (10) für eine Vakuumpumpe (2), welcher eine erste Hülse (16) und eine Tragstruktur (14; 60) umfasst. Um die vakuumtechnische Leistungsfähigkeit zu steigern, wird vorgeschlagen, dass innerhalb der ersten Hülse (16) eine zweite Hülse (18) angeordnet ist und erste und zweite Hülse einen Verbund bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen schnell drehenden Rotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Molekularpumpstufen nach dem Bauprinzip von Holweck sind seit Jahren auf dem Gebiet der Vakuumtechnik erfolgreich. In der Regel werden sie in Turbomolekularpumpstufen als vorvakuumseitige Pumpstufe eingesetzt, damit die Turbomolekularpumpe gegen höhere Vorvakuumdrücke ausstoßen kann. Nach Holweck rotiert eine glatte Hülse in einem mit schraubenlinienförmigen Nuten versehenen Stator. Mehrere Hülsen können vorhanden sein, so schlägt die DE 196 32 375 A1 vor, Hülsen unterschiedlicher axialer Länge im Gasstrom parallel wirken zu lassen.
  • Besonders erfolgreich sind Hülsen aus kohlenstofffaserverstärktem Material, da dieses eine geringe Ausdehnung unter Einwirkung von Wärme und Fliehkräften besitzt.
  • Der Nachteil liegt jedoch darin, dass die Hülse am Rotor getragen werden muss und hierbei in einem Trägerbauteil ein Material zum Einsatz kommt, das einer größeren Ausdehung unterliegt und so hohe Spannungen in der Hülse erzeugt. Dieser Nachteil erschwert die Gestaltung des Rotors und begrenzt die vakuumtechnische Leistungsfähigkeit, beispielsweise durch Drehzahl- und Temperaturgrenzen. Zur vakuumtechnischen Leistungsfähigkeit gehören beispielsweise die erreichte Kompression und das Saugvermögen. Es wurde in der EP-A 1 408 237 vorgeschlagen, die faserverstärkte Holweckhülse in das Trägerbauteil übergehen zu lassen und dabei eine spezielle Gestaltung der Fasern auszunutzen. Dieser Vorschlag hat es jedoch bisher nicht zum Markterfolg gebracht, was an der Komplexität der Fasergestaltung und Rotorgeometrie liegen könnte.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen schnell drehenden Rotor für eine Vakuumpumpe zu schaffen, der eine verbesserte vakuumtechnische Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruch 1.
  • Durch die Gestaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird erreicht, dass die Spannungsdifferenz zwischen Tragstruktur und Hülse verringert wird. Aufgrund der geringeren Spannungsdifferenz wird die vakuumtechnische Leistungsfähigkeit verbessert, denn Drehzahl und Arbeitstemperatur können höher gewählt werden.
  • Dabei kann die erste Hülse unmittelbar von der Tragstruktur getragen werden, während die zweite Hülse von der ersten Hülse getragen und somit nur mittelbar über die erste Hülse mit der Tragstruktur verbunden ist. Alternativ kann die zweite Hülse mit der Tragstruktur verbunden und die erste Hülse von der zweiten Hülse getragen sein. Des Weiteren ist es auch möglich, dass beide Hülsen unmittelbar mit der Tragstruktur verbunden sind.
  • Die abhängigen Ansprüche 2 bis 15 geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an, die den vorgenannten Vorteil zusätzlich steigern.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die erste Hülse und die zweite Hülse hinsichtlich des Materials, aus dem die Hülsen hergestellt sind, voneinander unterscheiden. Insbesondere unterscheiden sich die Materialien hinsichtlich der Ausdehnung unter Einwirkung von Wärme und/oder von Fliehkräften.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die erste Hülse und die zweite Hülse flächig, insbesondere vollflächig, miteinander verbunden sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verbund, den die beiden Hülsen bilden, derart ausgelegt ist, dass die durch die zweite Hülse unter Einwirkung von Fliehkräften erzeugten Kräften auf die erste Hülse jenen Kräften nahekommen, die durch die Ausdehnung der Tragstruktur, insbesondere einer Nabe der Tragstruktur, auf die erste Hülse einwirken.
  • Insbesondere führt die Materialwahl nach den Ansprüchen 5 und 6, insbesondere in Kombination der Merkmale miteinander, zu besonders geringen Spannungsdifferenzen. Die vakuumtechnische Leistungsfähigkeit wird zusätzlich verbessert, wenn gemäß Anspruch 7 rotorseitig eine pumpaktive Struktur in Form einer schraubenlinienartigen Nut vorgesehen wird, beispielsweise wird auf diese Weise das Saugvermögen verbessert.
  • Der Verbund kann dadurch gebildet werden, dass die beiden Hülsen eine Klebeverbindung oder eine Schrumpfverbindung bilden. Die Schrumpfverbindung wird insbesondere derart hergestellt, dass die erste Hülse und die zweite Hülse auf unterschiedliche Temperaturen gebracht und dann ineinander angeordnet, insbesondere ineinander geschoben bzw. ineinander gesteckt, werden. Im Anschluss daran, also bei Rückkehr auf "Normaltemperatur", dehnt sich die zuvor relativ "gekühlte" Hülse wieder aus, während die zuvor relativ "erwärmte" Hülse sich zusammenzieht. Hierdurch entsteht eine feste Verbindung zwischen den beiden Hülsen, für die insbesondere keine Zusatz-Befestigungsmittel benötigt werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass es die innere Hülse, hier also die zweite Hülse, ist, welche "gekühlt" wird, während die erste Hülse, also die äußere Hülse, auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird.
  • Alternativ kann der Verbund auch dadurch gebildet werden, dass die beiden Hülsen miteinander verpresst bzw. zusammengepresst werden, dass die beiden Hülsen miteinander verschweißt werden, oder dass die beiden Hülsen miteinander verschraubt werden, wobei letzteres insbesondere dadurch erfolgt, dass die äußere Hülse auf ihrer Innenseite und die innere Hülse auf ihre Außenseite jeweils mit einem Gewinde versehen ist und die beiden Hülsen dadurch verschraubt werden, dass die innere Hülse in die äußere Hülse hinein geschraubt wird.
  • Allgemein kann zwischen den beiden Hülsen zur Bildung des Verbundes eine stoffschlüssige Verbindung bestehen. Alternativ ist es möglich, dass zwischen den beiden Hülsen eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die eine Hülse eine Armierung oder Beschichtung der anderen Hülse bildet, wobei die Armierung bzw. Beschichtung entweder von der ersten Hülse oder von der zweiten Hülse gebildet sein kann.
  • Die gesteigerte vakuumtechnische Leistungsfähigkeit führt bei Kombination mit einem turbomolekularen Pumpabschnitt nach Anspruch 10 und ggf. den darauf bezogenen Ansprüchen zu einer Verbesserung der Pumpwirkung der Gesamtpumpe. Für Vakuumpumpen mit zumindest einem zusätzlichen Einlass nach Anspruch 15 werden aufgrund der verbesserten Leistungsfähigkeit neue Anwendungsfelder erschlossen, beispielsweise wenn bisher unerreichbare Druckverhältnisse zwischen den Kammern eines Mehrkammersystems oder bisher unerreichbare Saugvermögen gefordert sind.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen soll die Erfindung näher erläutert und die Darstellung ihrer Vorteile vertieft werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Teilschnitt einer Vakuumpumpe mit schnell drehendem Rotor;
    Fig. 2:
    Teilschnitt von Rotor und Stator gemäß einer Weiterbildung;
    Fig. 3:
    Tragstruktur und Hülse eines Rotors im Schnitt;
    Fig. 4:
    Schematische Darstellung eines Rotors mit wenigstens einem turbomolekularen Pumpabschnitt;
    Fig. 5:
    Teilgeschnittene Ansicht einer Vakuumpumpe, in der die Hülse auf der Ansaugseite der Nabe gelegen ist.
  • Es zeigt Fig. 1 eine Vakuumpumpe 2, welche mittels eines Flansches 4 lösbar mit einem nicht gezeigten zu evakuierenden Behälter verbindbar ist. Gas tritt durch die Ansaugöffnung 6 ein, wird in der Vakuumpumpe verdichtet und durch den Gasauslass 8 ausgestoßen. In der Regel ist eine Vorvakuumpumpe mit dem Gasauslass verbunden.
  • Innerhalb der Vakuumpumpe ist ein Rotor 10 vorgesehen, welcher eine Welle 12 umfasst. Diese ist von einem ersten Lager 34 und einem zweiten Lager 36 drehbar unterstützt. Auf der Welle kann ein Antriebsmagnet 32 vorgesehen sein, der mit einer Antriebsspule 30 zusammenwirkt, um den Rotor in schnelle Drehung zu versetzen. Die Drehzahl ist so bemessen, dass durch Zusammenwirken von Rotor und einem Stator 40 ein molekularer Pumpeffekt bewirkt wird. Der Stator weist eine schraubenlinienartige Nut 42 an einer radial inneren Oberfläche auf.
  • An der Welle des Rotors ist eine Tragstruktur befestigt, welche als scheibenartig gestaltete Nabe 14 ausgeführt sein kann. Mit dieser Nabe ist eine erste Hülse 16 mitdrehend verbunden. Innerhalb dieser ersten Hülse 16 ist eine zweite Hülse 18 angeordnet und beide Hülsen bilden einen Verbund. Dieser Verbund ist vorzugsweise chemisch stabil, wärme- und drehzahlfest. Auf diese Weise bleiben erste und zweite Hülse unter den Betriebsbedingungen miteinander verbunden. Sobald sich der Rotor dreht, beginnen Fliehkräfte auf die sich drehenden Teile einzuwirken, insbesondere jedoch auf die Nabe und die Hülsen. Die Ausdehnung der zweiten Hülse wird durch die erste Hülse behindert, inbesondere, wenn die erste Hülse aus einem faserverstärkten Werkstoff, beispielsweise einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, gebildet ist. Die zweite Hülse ist nun nach Material und Geometrie derart gestaltet, dass die durch sie unter Einwirkung von Fliehkräften erzeugten Kräfte auf die erste Hülse jenen Kräften nahe kommen, die durch die Ausdehnung der Nabe auf die erste Hülse einwirken. Ziel ist es insbesondere, bei Gestaltung von Nabe und zweiter Hülse die Spannungen in der ersten Hülse auf ein Maß zu bringen, das mit dessen Materialkonstanten verträglich ist. Dadurch wird eine Überlastung der ersten Hülse vermieden. Vorteilhaft ist, dass durch die zusätzlichen Gestaltungsfreiheitsgrade mit Hilfe der zweiten Hülse die Überlastung der ersten Hülse bei einer wesentlich größeren Menge von Betriebszuständen erreicht werden kann, wobei ein Betriebszustand durch unter anderem Temperatur, Drehzahl und Gaslast bestimmt ist.
  • Weitere Gestaltungsmöglichkeiten werden in den Weiterbildungen an Hand der Fig. 2 bis 5 vorgestellt.
  • Nach Fig. 2 ist mit der Welle 12 eine Nabe 14 verbunden, an der die erste Hülse 16 befestigt ist. Innerhalb der ersten Hülse und mit dieser einen Verbund bildend ist die zweite Hülse 18 vorgesehen. Wie im Beispiel nach Fig. 1 ist ein Stator 40 vorgesehen, der mit der äußeren Oberfläche der ersten Hülse zusammenwirkt, so dass erster Stator und erste Hülse eine erste Pumpstufe bilden. Zusätzlich zu diesem Stator ist ein mit einer inneren Oberfläche der zweiten Hülse zusammenwirkender zweiter Stator 44 vorhanden, so dass zweite Hülse und zweiter Stator eine zweite Pumpstufe bilden.
  • Die Pumpstufen können seriell hintereinander durchströmt werden, das Gas folgt dann dem Pfeil 100. Es kann wünschenswert sein, die Pumpstufen parallel zu betreiben. Dazu kann in der Nabe wenigstens ein Durchlass 52 vorgesehen sein, durch den Gas durch die Nabe hindurch in die zweite Pumpstufe entlang dem gestrichelten Pfeil 102 treten kann.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung kann eine Verbindung 50 sein, durch die zweite Hülse und Nabe miteinander verbunden sind. Nabe und zweite Hülse können an dieser Stelle einstückig ausgeführt sein. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, auf der inneren Oberfläche der zweiten Hülse eine pumpaktive Struktur anzubringen. Dies kann beispielsweise wenigstens eine schraubenlinienartige Nut 20 sein. Durch diese pumpaktive Struktur können Saugvermögen und Kompression erhöht werden.
  • Die Weiterbildung gemäß Fig. 3 bezieht sich auf die Tragstruktur. Diese ist gemäß der Weiterbildung als Tragscheibe 60 gestaltet. Die Tragscheibe besitzt einen Innenring 66 mit einer Wellenaufnahme 68, mit der die Tragscheibe auf der Welle befestigt werden kann. Radial außerhalb schließt sich an den Innenring ein umlaufender Kranz von Schaufeln 62 an, so dass eine Scheibe im Wesentlichen turbomolekularer Bauart entsteht. Mit wenigstens einem Teil der Schaufeln ist ein Tragring 64 verbunden oder einstückig ausgeführt, an welchem die erste Hülse 16 befestigt ist, welche mit der zweiten Hülse 18 einen Verbund bildet.
  • In Fig. 4 ist gezeigt, dass auf der Welle 12 noch eine Rotorscheibe 82 turbomolekularer Bauart zur Bildung eines turbomolekularen Pumpabschnittes vorgesehen sein kann. Mehrere Rotorscheiben können auf der Welle angeordnet sein und einen ersten Scheibenabschnitt 84 und einen zweiten Scheibenabschnitt 86 bilden. Weitere Scheibenabschnitte können vorhanden sein. Hierdurch wird eine leistungsfähige Vakuumpumpe zum differenziellen Evakuieren eines Mehrkammersystems geschaffen.
  • Der Rotor nach Fig. 4 weist neben einer ersten mit der Nabe 14 verbundenen Hülse 16 eine dritte Hülse 78 auf, welche ebenfalls an der Nabe 14 oder an einer eigenen Tragstruktur befestigt sein kann. Ein erster Stator 40 wirkt mit der äußeren Oberfläche der ersten Hülse unter Bildung einer Pumpstufe zusammen. Ein zweiter Stator 44 erzeugt mit der inneren Oberfläche der zweiten Hülse und der äußeren Oberfläche der dritten Hülse eine Pumpwirkung, so dass eine zweite und eine dritte Pumpstufe erzeugt werden.
  • Ein Gaseinlass 88 kann vorgesehen sein, um Gas zwischen erstem und zweitem Stator in die zweite Pumpstufe einzulassen.
  • Der Rotor nach Fig. 4 kann mit einem Permanentmagnetlager 80 und einem zweiten Lager 36, das als Wälzlager oder aktives Magnetlager ausgeführt sein kann, drehbar gelagert sein.
  • In Fig. 5 sind Rotor und Stator einer Vakuumpumpe schematisch und geschnitten dargestellt, der Gasfluss durch Pfeile veranschaulicht. Die Welle 12 des Rotors ist an ihrem ansaugseitigen Ende durch ein Permanentmagnetlager 80 unterstützt. Vorvakuumseitig dient ein Wälzlager 92 zur Lagerung der Welle. Zwischen den Lagern ist eine scheibenförmige Nabe 14 mit der Welle verbunden. An dieser Nabe ist eine erste Hülse 16 mitrotierbar, chemisch und wärmebeständig angebracht. Die erste Hülse erstreckt sich von der Nabe in Richtung Ansaugseite 104. Eine radial innerhalb der ersten Hülse angeordnete zweite Hülse 18 bildet einen Verbund mit der ersten Hülse. Sie kann auf ihrer radial inneren Oberfläche eine Pumpstruktur, beispielsweise wenigstens einen schraubenlinienartigen Nut aufweisen. Die radial innere Oberfläche der Hülse wirkt mit einem zweiten Stator 44 zusammen und bildet mit ihm eine molekulare Pumpstufe. Die radial äußere Oberfläche der ersten Hülse hingegen bildet zusammen mit dem Stator 40 eine molekulare Pumpstufe. Einer der Statoren oder beide können eine Pumpstruktur aufweisen. Auf diese Weise wird eine kompakte Molekularvakuumpumpe geschaffen. Durch die zusätzliche Pumpstruktur auf der inneren Oberfläche der zweiten Hülse kann in dieser Pumpstufe ein hohes Saugvermögen erreicht werden, wodurch eine vorteilhafte Saugvermögensabstufung der Pumpstufen zueinander möglich wird. Die zweite Hülse kann einteilig mit der Nabe ausgeführt sein.
  • Das Saugvermögen der Vakuumpumpe nach Fig. 5 kann weiter gesteigert werden, indem auf der Ansaugseite eine Rotorscheibe 82 auf dem Rotor angebracht ist. Eine weitere Steigerung ergibt sich durch eine im Gasstrom der Rotorscheibe folgende Statorscheibe 90.
  • Die an Hand der Weiterbildungen gemäß Fig. 2 bis 5 gezeigten Merkmale können kombiniert oder ausgestauscht werden, soweit sich dies nicht technisch widerspricht.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Vakuumpumpe
    4
    Flansch
    6
    Gasauslass
    10
    Rotor
    12
    Welle
    14
    Nabe
    16
    erste Hülse
    18
    zweite Hülse
    20
    Nut in zweiter Hülse
    30
    Antriebsspule
    32
    Antriebsmagnet
    34
    erstes Lager
    36
    zweites Lager
    40
    Stator
    42
    Nut
    44
    zweiter Stator
    50
    Verbindung
    52
    Durchlass
    60
    Tragscheibe
    62
    Schaufel
    64
    Tragring
    66
    Innenring
    68
    Wellenaufnahme
    78
    dritte Hülse
    80
    PM-Lager
    82
    Rotorscheibe
    84
    erster Scheibenabschnitt
    86
    zweiter Scheibenabschnitt
    88
    Gaseinlass
    90
    Statorscheibe
    92
    Wälzlager
    100
    Pfeil: serieller Gasstrom
    102
    gestrichelter Pfeil: paralleler Gasstrom
    104
    Ansaugseite

Claims (15)

  1. Schnell drehender Rotor (10) für eine Vakuumpumpe (2), welcher eine erste Hülse (16) und eine Tragstruktur (14; 60) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der ersten Hülse (16) eine zweite Hülse (18) angeordnet ist, wobei die erste Hülse (16) und zweite Hülse (18) einen Verbund bilden.
  2. Rotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Hülse (16) und die zweite Hülse (18) sich hinsichtlich des Materials, aus dem sie hergestellt sind, voneinander unterscheiden, insbesondere hinsichtlich der Ausdehnung unter Einwirkung von Wärme und/oder Fliehkräften.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Hülse (16) und die zweite Hülse (18) flächig, insbesondere vollflächig, miteinander verbunden sind.
  4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbund derart ausgelegt ist, insbesondere nach Material und/oder Geometrie zumindest der zweiten Hülse, dass die durch die zweite Hülse (18) unter Einwirkung von Fliehkräften erzeugten Kräfte auf die erste Hülse (16) jenen Kräften nahe kommen, die durch die Ausdehnung der Tragstruktur (14; 60), insbesondere einer Nabe (14), auf die erste Hülse (16) einwirken.
  5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Hülse (16) ein kohlenstofffaserverstärktes Material umfasst.
  6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Hülse (18) eine Metalllegierung umfasst.
  7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Hülse (18) eine schraubenlinienartige Nut (20) auf einer inneren Oberfläche aufweist.
  8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass erste Hülse (16) und zweite Hülse (18) eine Klebeverbindung oder eine Schrumpfverbindung bilden.
  9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Hülse (18) und zumindest ein Teil der Tragstruktur (14; 60) einteilig ausgeführt sind, oder
    dass die erste Hülse (16) und zumindest ein Teil der Tragstruktur (14; 60) mittels einer Klebestelle miteinander verbunden sind.
  10. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rotor eine Rotorscheibe (82) nach turbomolekularer Bauart zur Bildung wenigstens eines turbomolekularen Pumpabschnitts umfasst.
  11. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Tragstruktur eine Nabe (14) umfasst.
  12. Vakuumpumpe (2),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen schnell drehenden Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  13. Vakuumpumpe (2) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen ersten Stator (40) mit einem schraubenlinienartigen Kanal umfasst, der mit einer äußeren Oberfläche der ersten Hülse (16) zusammenwirkt, so dass erster Stator und erste Hülse eine Pumpstufe bilden, insbesondere eine erste Pumpstufe.
  14. Vakuumpumpe (2) nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen mit einer inneren Oberfläche der zweiten Hülse (18) zusammenwirkenden zweiten Stator (44) aufweist, so dass zweite Hülse (18) und zweiter Stator (44) eine Pumpstufe bilden, insbesondere eine zweite Pumpstufe.
  15. Vakuumpumpe (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen Gaseinlass (88) aufweist, durch welchen Gas zwischen dem ersten Stator (40) und einem zweiten Stator (44) in eine den zweiten Stator (44) umfassende zweite Pumpstufe gelangt.
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