EP4123182A1 - Vakuumpumpe und verfahren zur herstellung eines statorbauteils für einen stator einer vakuumpumpe - Google Patents

Vakuumpumpe und verfahren zur herstellung eines statorbauteils für einen stator einer vakuumpumpe Download PDF

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EP4123182A1
EP4123182A1 EP22210842.5A EP22210842A EP4123182A1 EP 4123182 A1 EP4123182 A1 EP 4123182A1 EP 22210842 A EP22210842 A EP 22210842A EP 4123182 A1 EP4123182 A1 EP 4123182A1
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EP
European Patent Office
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stator
pump
holweck
vacuum pump
rotor
Prior art date
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EP22210842.5A
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English (en)
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Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
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Publication date
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    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts with the stator in a pumping manner.
  • the invention relates to a method for producing a stator component for a stator of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump.
  • the rotor heats up during operation of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump (TMP).
  • TMP turbomolecular pump
  • pumping a large volume of gas will cause a vacuum pump, particularly a turbomolecular pump, to operate at its limit as the rotor reaches the maximum temperature at which it can reliably be subjected to sustained stress.
  • the heating of the rotor can have a negative effect on its service life and limit the maximum amount of gas that can be pumped with the vacuum pump.
  • the heat generated can be dissipated by thermal radiation from the rotor to the stator and from there in turn to the outside of a (possibly cooled) pump housing.
  • improving the heat dissipation from the rotor to a stator component requires an increase in the temperature difference between the surfaces involved.
  • the surface temperature of the stator component must therefore be as far below that of the rotor as possible.
  • a body can absorb or release heat better the higher the thermal emissivity ⁇ of its surface is, i.e. the ratio of its actual radiant power to that of an ideal blackbody.
  • the prior art proposes coating surfaces of parts of the stator. From the patent EP 2 775 148 B1 Stator components are known whose surfaces are partially coated with a nickel oxide layer or an aluminum oxide layer, which is intended to ensure increased heat transfer via the stator. In order to be able to achieve the necessary dimensional accuracy on certain surfaces of the stator, such as on the outer contact surfaces or on the web tips directly opposite the rotor adjacent to the radial gap, the oxide layer must be removed from the stator component after it has been applied, or the corresponding sections of the Surfaces must be protected by masking before the oxide layer is applied.
  • the method is complex, since in addition to the two steps that are always necessary, namely primary shaping and post-processing of the stator component, both a coating process and further steps for locally removing or keeping the coating material away must be carried out.
  • coatings can delaminate from the underlying material over time, leading to emissivity degradation and contamination of the pump with detached particles.
  • the object of the invention is therefore to improve the cooling of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, in the simplest possible way, such that a rotor of the pump can be operated at a lower rotor temperature under otherwise identical conditions.
  • Such a vacuum pump in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing a stator and a rotor which, in operation, rotates relative to the stator about an axis of rotation and cooperates in a pumping manner with the stator, the stator having at least one stator component with a surface which has a first portion and a second portion which is different from the first portion.
  • the second portion of the surface of the stator component is uncoated and has a thermal emissivity ⁇ of at least 0.25, preferably at least 0.3, at 50°C.
  • a high emissivity at 50°C is advantageous because this temperature is in the range of the normal operating temperature of the rotor. A particularly effective heat dissipation therefore takes place during operation.
  • the thermal emissivity ⁇ of the second portion of the surface is more preferably at least 0.4, more preferably at least 0.5, more preferably at least 0.6, most preferably at least 0.7, even more preferably at least 0.8, and most preferably at least 0.9 at 50°C.
  • the degree of thermal emission ⁇ of the second portion can be higher than that of the first portion.
  • the thermal emissivity ⁇ is a total emissivity over the infrared wavelength range from 0.78 ⁇ m to 1 mm.
  • the thermal emissivity ⁇ of a heated measurement object can be measured using a thermal sensor and an infrared measuring device with an adjustable emissivity.
  • the actual temperature of the surface at one point of the heated measurement object is determined by means of the touching thermocouple.
  • the surface temperature is then recorded with the infrared measuring device, initially with a set emissivity of 1.
  • the emissivity is then varied on the infrared measuring device until the temperatures output by the thermocouple and infrared measuring device match. Consequently the actual thermal emissivity of a respective heated measurement object can be determined experimentally.
  • the second portion of the surface of the stator component has a production-related surface quality that is not altered by separating post-processing or by coating.
  • the production-related surface quality of the second part of the surface of the stator component is preferably a roughness in the range of 3 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, particularly preferably 30 ⁇ m, very particularly preferably 40 ⁇ m or more, most preferably 50 ⁇ m or more, and/or coloring, in particular wherein the coloring has been obtained by adding at least one coloring agent to a starting material used in the manufacture of the stator component.
  • the roughness of the second portion of the surface of the stator component is preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 400 ⁇ m or less, even more preferably 300 ⁇ m or less, particularly preferably 250 ⁇ m or less, very particularly preferably 200 ⁇ m or less, even more preferably 150 ⁇ m or less, and most preferably 100 ⁇ m or less.
  • the roughness of the second portion of the surface of the stator component is therefore in a range of preferably 3 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m to 400 ⁇ m, even more preferably 10 ⁇ m to 300 ⁇ m, particularly preferably 20 ⁇ m to 250 ⁇ m, very particularly preferably 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, more preferably 40 ⁇ m to 150 ⁇ m, and most preferably 50 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • any other combinations of the preferred upper and lower limit values mentioned that are not explicitly listed here are also possible and that these combinations also represent preferred roughness ranges.
  • the second portion of the surface of the stator component is uncoated, and the second portion of the surface has a production-related roughness that is in the range of 3 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, particularly preferably 30 ⁇ m, very particularly preferably 40 ⁇ m or more, most preferably 50 ⁇ m or more, and/or coloring, in particular wherein the coloring is achieved by adding at least one coloring agent to one used in the manufacture of the stator component Starting material has been obtained.
  • the term “roughness” is to be understood as meaning a mean peak-to-valley height Rz in accordance with DIN EN ISO 4287:2010-07, unless expressly stated otherwise.
  • a stator component according to the invention can increase the heat transport both from the rotor to the stator and from the stator to the housing.
  • the second part is uncoated, which improves the resistance and durability of the stator component compared to coated parts.
  • the stator component according to the invention is easy to manufacture because the second portion can be left in the state in which it is obtained immediately after fabrication by master molding. Unlike the prior art, in the present invention, an emissivity-enhanced surface can be obtained directly without requiring any post-treatment.
  • the first portion of the surface of the stator component has been subjected to post-processing, in particular post-processing by cutting, in particular machining.
  • the first portion is particularly suitable for forming those areas of a stator component where high dimensional accuracy is required.
  • the second portion is not post-processed by cutting, in particular not by machining.
  • the roughness of the second part of the surface does not fall below a value of 3 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m, even more preferably 10 ⁇ m, particularly preferably 20 ⁇ m, very particularly preferably 30 ⁇ m, even more preferably 40 ⁇ m as a result of the post-processing , most preferably 50 ⁇ m.
  • a roughening of the second part of the surface can take place, for example, by breaking out a support structure, laser structuring, grinding or sandblasting, preferably by breaking out a support structure or laser structuring, particularly preferably by laser structuring.
  • the breaking out of a support structure means that during the primary shaping of the stator component, in particular in an additive manufacturing process such as laser sintering or laser melting, a support structure is incorporated at least into an area that is to be roughened (i.e. into at least part of the second portion of the surface) of the stator component.
  • the area of the stator component to be roughened can be, for example, a slot of a Holweck stator.
  • the honeycomb support structure for example, can be broken out mechanically, e.g. manually, from the second portion of the surface of the stator component. Particularly high roughness can be achieved with this method.
  • Such a breaking out of supporting structures can also be regarded as part of the production and is then not a post-processing.
  • the surface quality or the roughness that results from the breaking out is a production-related roughness.
  • the first portion of the surface in the assembled state of the pump stage forms a contact, fitting or dimensioned surface at least in regions relative to one or more other components of the vacuum pump.
  • the first and the second part of the surface can thus have mutually complementary or even mutually exclusive functions. While the second part of the surface has properties that ensure the highest possible degree of emission, such as high roughness, the first part can be designed, for example by machining, so that it meets the tolerances required at certain points on the vacuum pump and/or having a good fit and/or good heat transfer to pump components proximate the first portion.
  • stator component is preferably made for the stator component to be a Holweck stator of a Holweck pump stage or a spacer ring of a turbo pump stage.
  • the stator component can be a Holweck stator of a Holweck pump stage or a spacer ring of a turbo pump stage.
  • the stator component is a Holweck stator
  • the first portion of the surface forms the web tips and/or the outer lateral surface of the Holweck stator.
  • the tips of the webs between the grooves of the Holweck stator border on the radial gap between the rotor and stator, also known as the Holweck gap, and are therefore directly opposite the rotor at a small distance.
  • a high degree of dimensional accuracy is required at these points for the function of the Holweck pump stage. This high level of accuracy is also required on the outer surface of a Holweck stator for the purpose of fitting into the pump housing and ensuring good heat transfer to surrounding parts of the pump housing, regardless of whether the contact surface is designed for pressing in or screwing on.
  • the first proportion is therefore very particularly preferred the surface that forms the web tips and/or the outer lateral surface of the Holweck stator is reworked by cutting, in particular by machining.
  • the stator component is a Holweck stator
  • the second portion of the surface forms at least sections of the slots, in particular the entire slots of the Holweck stator.
  • the slots do not have to meet as stringent dimensional accuracy requirements and can therefore be used to optimize the emissivity of the Holweck stator.
  • the slots of the Holweck stator it is possible, due to tolerances, for example, to leave the surface in a state with high production-related roughness in order to achieve a correspondingly high degree of thermal emission.
  • the stator component is a spacer ring of a turbo pump stage
  • the first portion of the surface forms the contact points with neighboring components.
  • the adjacent parts can be, for example, spacer rings, stator disks or a pump housing.
  • Such contact surfaces require a high degree of dimensional accuracy in order to ensure a precise fit and the best possible heat transfer.
  • the first part of the surface, which forms the contact surfaces of the spacer ring with other parts of the pump, is therefore particularly preferably finished by cutting, in particular by machining.
  • the stator component is a spacer ring of a turbo pump stage, it is also particularly preferred, as an alternative or in addition to what has been said above, that the second portion of the surface forms at least sections of the inner diameter, in particular the entire inner diameter of the Holweck stator.
  • the inner diameter has less stringent dimensional accuracy requirements and can therefore be used to determine the emissivity of the spacer ring.
  • the spacer ring it is possible, due to tolerances, for example, to leave the surface in a state with high production-related roughness in order to achieve a correspondingly high degree of thermal emission.
  • the stator component is preferably manufactured by a casting process, a sintering process or an additive process.
  • the common advantage of these primary forming processes is that they enable the production of parts with a high degree of production-related roughness and a resulting high degree of thermal emission.
  • a further advantage of the methods mentioned is that they allow the incorporation of coloring agents into the material to be shaped.
  • Casting i.e. filling a molten material into a mould, followed by the solidification of the melt, represents a particularly simple and cost-effective primary forming process with which a stator component that meets the vacuum technology requirements can be produced.
  • the stator component is a cast part, there is the advantage that the material can be converted directly from the shapeless liquid state into a shape that is close to the final shape.
  • a casting mold with a structured mold surface is preferably used, as a result of which the roughness of at least part of the surface of the cast stator component can advantageously be influenced in a targeted manner.
  • the casting method used in the present invention is not limited in principle, and the stator component can be manufactured, for example, by static casting (gravity or gravity casting) or, preferably, by dynamic casting (especially centrifugal casting, low pressure casting or die casting).
  • the stator component is particularly preferably produced by die casting.
  • the melt is pressed into a permanent mold under high pressure.
  • the die-casting method can particularly preferably be a vacuum die-casting method act. This offers the advantage that a higher material quality is achieved because less air and other gases are trapped in the material, so that the porosity of the cast part is reduced and its density and pressure tightness increase.
  • partially liquid or pasty materials can also be used as the casting compound (so-called thixo- or rheo-casting).
  • a mold with a structured surface can preferably be used for its production in order to specifically influence the production-related roughness in the individual surface areas of the stator component, i.e., for example, through the local surface structure of the mold in the corresponding areas as high as possible Roughness in the slots of a cast Holweck stator or along the inside diameter of a cast spacer ring of a turbo pump stage.
  • the stator component used in the vacuum pump according to the invention is produced from a powdery or granular material by using a shaping and sintering process.
  • the powder or granulate serving as raw material is first compressed in a tool under pressure to form a green body.
  • This unsintered compact does not yet have any significant strength.
  • Subsequent sintering is therefore necessary in order to obtain a stator component that can be used in terms of vacuum technology.
  • This consists of a heat treatment under protective gas (e.g. nitrogen, hydrogen) at a relatively high temperature, is predominantly a solid-state reaction, possibly in the presence of a small amount of liquid phase, and causes a thermally activated mass transfer.
  • protective gas e.g. nitrogen, hydrogen
  • the result of sintering is the connection of the individual material particles to form a coherent sintered part with high strength.
  • the pressing and sintering processes can also be repeated if necessary, for example to achieve additional densification. If after completion of the sintering a high Residual porosity (eg >12 percent by volume) remains in the stator component, this pore space can be filled in a further step with a further molten material (eg a metal or an alloy) which has a lower melting point than the sintered body.
  • a further molten material eg a metal or an alloy
  • additive manufacturing also referred to as "3D printing” summarizes various primary shaping techniques, which have in common that the manufacturing or shaping takes place by joining volume elements, in particular layers.
  • the production of the stator component used in the vacuum pump according to the invention is not limited to a specific type of additive manufacturing.
  • variants that can be used in the present invention are: powder bed fusion (PBF), in particular laser sintering, laser melting or electron beam melting, direct metal powder spraying (direct metal deposition, DMD), and direct energy deposition (direct energy deposition, DED).
  • PPF powder bed fusion
  • DMD direct metal powder spraying
  • DED direct energy deposition
  • additive processes can also be understood as those manufacturing methods in which, starting from a mixture of a material powder (e.g. ceramic or metal) and a binder (e.g. polymer, wax or adhesive), only a green body is created by the actual additive manufacturing process, which only a post-treatment, for example a conventional high-temperature treatment such as debinding and sintering, is converted into the end product.
  • the green body of a stator component used in the vacuum pump according to the invention can therefore also be produced, for example, by layer-by-layer extrusion of a material powder-binder mixture (strand deposition method or melt layering, engl. fused deposition modeling, FDM) or by so-called "binder jetting", in which a component is built up by applying a binder through a nozzle onto a layer of material powder.
  • a material powder e.g. ceramic or metal
  • a binder e.g. polymer, wax or adhesive
  • the stator component used in the vacuum pump of the present invention is manufactured by an additive process
  • at least one powder material is preferably used to manufacture the component.
  • the powder material can be solidified in layers by physical, in particular thermal, and/or chemical processes.
  • the powder material can be brought into shape and compacted, with at least approximately a homogeneous material being able to be formed.
  • the component can be produced near net shape or at least essentially true to net contour by means of an additive manufacturing process, which means that complex components in particular can also be produced inexpensively, with low material costs and with the generation of only little waste.
  • any material that satisfies the technical vacuum requirements can be used to produce the stator component used in the vacuum pump according to the invention.
  • a metallic material a ceramic material, a metal matrix composite (MMC), a plastic or a plastic composite material can be used.
  • MMC metal matrix composite
  • Metallic materials and metal matrix composite materials are preferred here because, in addition to favorable mechanical properties and good machinability, they have a particularly high thermal conductivity, which has an advantageous effect on the heat transport from the stator component to the housing parts in contact with it.
  • the metals and alloys that can be used as metallic materials include, for example, aluminum, aluminum alloys, iron alloys, for example steel or cast iron, titanium, titanium alloys, nickel, nickel alloys, magnesium alloys, copper, copper alloys or cobalt alloys. If the stator component of the present invention is made of a metallic material, aluminum, aluminum alloys, titanium, titanium alloys or iron alloys are preferably used for this purpose, particularly preferably aluminum, aluminum alloys or iron alloys, most preferably aluminum or aluminum alloys.
  • the stator component is made of a metallic material, in particular aluminum or an aluminum alloy, with the second portion of the surface of the stator component having a roughness of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m and an emissivity of 0.7 or more.
  • Metal matrix composites consist of a continuous matrix of a metal or alloy in which particles or fibers of a non-metallic material are discontinuously distributed.
  • the non-metallic material distributed in the metal matrix is an inorganic material, for example a ceramic material (eg a carbide, oxide, nitride or boride) or an elemental non-metal or semi-metal (eg carbon, silicon).
  • the metal or alloy that serves as the metal matrix is preferably aluminum, an aluminum alloy, an iron alloy, e.g.
  • titanium, a titanium alloy, nickel , a nickel alloy, a magnesium alloy, copper, a copper alloy or a cobalt alloy is used, more preferably aluminum, an aluminum alloy, an iron alloy, titanium, a titanium alloy, a magnesium alloy, copper or a copper alloy, more preferably aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy or a magnesium alloy, most preferably aluminium, an aluminum alloy, titanium or a titanium alloy.
  • a ceramic material can be used as the non-metallic material be used, which may be oxidic or non-oxidic. Examples of preferred oxidic ceramic materials are aluminum oxide and zirconium oxide. In particular, the ceramic material is non-oxidic.
  • Non-oxide ceramics such as nitrides, carbides or borides, offer various advantages, such as high chemical and thermal stability and better thermal conductivity than oxide ceramics.
  • Particularly preferred non-oxide ceramics are the carbides, nitrides, silicides or borides of aluminum, hafnium, lanthanum, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten, zirconium, (in the case of the carbides, nitrides and silicides) boron or (in the case of the carbides, nitrides and borides ) silicon.
  • non-oxide ceramic materials examples include boron carbide, boron nitride, boron silicide (silicon boride), lanthanum hexaboride, molybdenum silicide, silicon carbide, silicon nitride, titanium boride, titanium carbide, titanium nitride, tungsten carbide, zirconium boride, and mixtures of two or more thereof. More preferred are boron carbide, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, and mixtures of two or more thereof. Most preferred are silicon carbide and silicon nitride.
  • metal oxides can also be used that are not counted among the common oxide ceramic materials, namely preferably chromium oxide, iron oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide and/or titanium oxide, more preferably chromium oxide, iron oxide, manganese oxide and/or nickel oxide, even more preferably iron oxide and/or nickel oxide, particularly preferably iron oxide.
  • the incorporation of the non-metallic material into the metal matrix can preferably be carried out as indicated below as preferred for the incorporation of coloring, non-metallic inorganic agents into a metallic material.
  • one area of the component can be made of one material, while another area is made of a different material.
  • a first area of the component can, for example, be made of a first metal, e.g. aluminum, and a second area of the component can be made of a second metal, e.g. titanium, for example, with transitions between a first and a second metal, e.g. aluminum-titanium transitions, with intermetallic bonding.
  • the material from which the stator component is formed is to be colored, this can preferably be done by adding at least one coloring agent to the material before the formation of a near-net-shape or true-to-net-shape shape, in particular before the start of the primary forming process its presence causes discoloration of the material.
  • coloring agent is intended to denote both dyes in the narrower sense, ie substances that are colored themselves, and substances that only cause a coloration in connection with the material.
  • Infrared radiation is, in particular, electromagnetic radiation with wavelengths between 0.78 ⁇ m and 1 mm.
  • relevant temperature range rotor temperatures up to around 110°C
  • practically all of the thermal radiation is emitted in the infrared range. Nevertheless, it cannot be ruled out that the coloring can also be seen with the naked eye, for example as a gray or black discoloration of the material.
  • the at least one coloring agent is in particular a non-metallic inorganic substance that can withstand the stresses caused by the manufacturing process of the stator component and does not impair the suitability of the stator component colored with it for vacuum technology, e.g. with regard to mechanical and thermal stability.
  • at least one elemental nonmetal and/or at least one inorganic pigment and/or at least one ceramic material can be used as the coloring agent, more preferably at least one ceramic material and/or at least one inorganic pigment.
  • the ceramic material can be oxidic or non-oxidic. Examples of preferred oxidic ceramic materials are aluminum oxide and zirconium oxide. In particular, the ceramic material is non-oxidic.
  • non-oxide ceramics such as nitrides, carbides or borides have advantages over oxide ceramics.
  • Those non-oxide ceramics which have already been described above as being preferred in general in connection with metal matrix composite materials can preferably be used in this case.
  • At least one metal oxide can be used as the inorganic pigment, for example, preferably chromium oxide, iron oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide and/or titanium oxide, more preferably chromium oxide, iron oxide, manganese oxide and/or nickel oxide, even more preferably iron oxide and/or nickel oxide, particularly preferably iron oxide.
  • the coloring, preferably nonmetallic-inorganic, agent, in particular the at least one elemental nonmetal, the at least one inorganic pigment and/or the at least one ceramic material, is preferably incorporated into a metallic material, ie into a metal or into an alloy.
  • the primary shaping processes mentioned above can be used for this, i.e. casting, sintering or additive manufacturing. If the stator component is a cast part, this is preferably produced from a mixed cast mass, which, in addition to at least one liquefied metal, also contains at least one coloring agent distributed therein. This can be done in particular by stir casting.
  • the corresponding green body is preferably already pressed from a mixture of at least one metal powder or granules with a powder or granules of at least one coloring agent, and/or a porous sintered body obtained after sintering is used, which contains at least one coloring agent Contains means infiltrated with at least one molten metallic material.
  • the stator component is manufactured by an additive process, it is preferred that a powder or granulate of at least one metallic material is mixed with a powder or granulate of at least one coloring agent and is subjected to an additive process suitable for processing metal powders, e.g. laser sintering , laser melting, electron beam melting, direct metal powder spraying, or direct energy deposition.
  • the metallic material into which the at least one coloring agent can be incorporated according to the preferred methods mentioned above is preferably one of the metallic materials which have already been generally referred to above as preferred metal matrices in connection with metal matrix composite materials.
  • Typical emissivities of metals are (provided the surface is not heavily oxidized or roughened) in the range of ⁇ ⁇ 0.1-0.4, with polished surfaces in some cases significantly lower.
  • Non-metallic materials can have significantly higher thermal emissivities than metals, typically ⁇ ⁇ 0.6. Embedding non-metallic coloring agents in a metallic matrix therefore makes it possible to significantly increase the emissivity of the resulting composite material compared to the purely metallic material without having to forego the advantages of the metal or the alloy, such as favorable mechanical properties, good workability or high thermal conductivity.
  • the embedding of a suitable coloring agent in the material has the advantage that no post-treatment of surfaces of the stator component is necessary to increase the emissivity, since the material already has the coloring immediately after the primary shaping, i.e. in the untreated state.
  • Another important advantage is that an increase in emissivity can be achieved regardless of the roughness of the surface. This means that an increased emissivity can also be achieved on contact, fitting or dimensioned surfaces that have been separating, e.g. machined.
  • it is possible to combine both of the above options for increasing the emissivity within a stator component i.e. to produce a stator component from a material into which a coloring agent has been incorporated, and in addition those surfaces that have no contact, fitting or dimensioned surfaces are to be left in a condition with a high degree of roughness due to the production process.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to the independent claim 10 directed thereto.
  • This relates to a method for producing a stator component for a stator of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, which has a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which has the stator and a pumping element that rotates about an axis of rotation during operation relative to the stator and is effective for pumping with the stator comprises interacting rotor, wherein the stator component has a surface which has a first portion and a second portion different from the first portion, wherein in the method the stator component is manufactured by primary shaping, in particular casting, sintering or an additive method, and wherein subsequently the first part of the surface is subjected to post-processing, in particular post-processing by cutting, in particular machining, and in particular the second part of the surface is left unprocessed.
  • the primary shaping gives the surface of the stator component and/or the second part of the surface a roughness in the range of 3 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more , particularly preferably 30 ⁇ m, very particularly preferably 40 ⁇ m or more, most preferably 50 ⁇ m or more, which entails the advantages already mentioned above.
  • the post-processing of the second portion that may take place can be post-processing by cutting, in particular machining.
  • the roughness of the second part of the surface does not fall below a value of 3 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m, even more preferably 10 ⁇ m, particularly preferably 20 ⁇ m, very particularly preferably 30 ⁇ m, even more preferably 40 ⁇ m as a result of the post-processing , most preferably 50 ⁇ m.
  • the second portion of the surface can also be post-treated, which leads to an increase in the roughness of the second portion.
  • Such a roughening of the second portion of the surface can be done, for example, by breaking out a support structure, laser structuring, grinding or sandblasting, preferably by breaking out a support structure or laser structuring, particularly preferably by laser structuring, the breaking out of a support structure being defined as described above.
  • the second portion of the surface of a stator component formed from aluminum is treated by laser structuring so that it has a roughness of 65 ⁇ m and an emissivity of 0.8.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to the independent claim 12 directed thereto.
  • This relates to a method for producing a stator component for a stator of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, which has a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which has the stator and a pumping element that rotates about an axis of rotation during operation relative to the stator and is effective for pumping with the stator cooperating rotor, wherein the stator component has a surface which has a first portion and a second portion different from the first portion, wherein in the method the second portion of the surface is provided with a coloring, in particular by adding at least one coloring agent to at least a starting material used in the manufacture of the stator component.
  • the stator component is preferably manufactured by a casting process, a sintering process or an additive process, which brings with it the advantages already mentioned above.
  • the first part of the surface is worked at least in regions to form a contact, fitting or dimensioned surface relative to one or more other components of the vacuum pump, which brings with it the advantages already mentioned above.
  • the manufactured stator component is a Holweck stator of a Holweck pump stage or a spacer ring of a turbo pump stage.
  • the turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which a recipient, not shown, can be connected in a manner known per se.
  • the gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.
  • the inlet flange 113 forms when the vacuum pump is aligned according to FIG 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121 on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and/or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (cf. also 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123 .
  • a data interface 129 for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.
  • turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.
  • a flood inlet 133 in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) in front of the pumped gas in the engine compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111 can be admitted.
  • Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant, which can be conducted into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on air cooling.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141 .
  • the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were.
  • the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.
  • various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are fastened to one another.
  • a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .
  • fastening bores 147 are arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened, for example, to a support surface. This is with other existing turbomolecular vacuum pumps (Not shown), which are in particular larger than the pump shown here, is not possible.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about an axis of rotation 151 .
  • the turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pumping stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119.
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular pump stage.
  • the stator discs 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159 .
  • the vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes.
  • Other turbomolecular vacuum pumps (not shown) exist that do not have Holweck pumping stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction.
  • Holweck stator sleeves 167, 169 which are also oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are nested in one another when viewed in the radial direction.
  • the pumping-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and forming with it the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps.
  • the radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and therewith forms a second Holweck pumping stage.
  • the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and therewith forms the third Holweck pumping stage.
  • a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 can be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 .
  • the above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of spirally around the axis of rotation 151 in Holweck grooves running in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and drive the gas to operate the vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for the rotatable mounting of the rotor shaft 153 .
  • a conical spray nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases towards the roller bearing 181 .
  • the injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store.
  • an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.
  • the resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, e.g. with a lubricant.
  • the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
  • the roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are surrounded by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145 in the vacuum pump.
  • the permanent magnet bearing 183 includes a rotor-side bearing half 191 and a stator-side bearing half 193, each of which has a ring stack of several comprise permanent magnetic rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction.
  • the ring magnets 195, 197 lie opposite one another, forming a radial bearing gap 199, the ring magnets 195 on the rotor side being arranged radially on the outside and the ring magnets 197 on the stator side being arranged radially on the inside.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 produces magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
  • the ring magnets 195 on the rotor side are carried by a support section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside.
  • the ring magnets 197 on the stator side are carried by a support section 203 on the stator side, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119 .
  • the ring magnets 195 on the rotor side are fixed parallel to the axis of rotation 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201 .
  • the stator-side ring magnets 197 are fixed parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fastening ring 209 connected to the support section 203 and a fastening ring 211 connected to the support section 203 .
  • a disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197 .
  • An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages in the event of an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator, in order to create a radial stop for the rotor 149 to form, so that a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures.
  • the backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and/or the stator, which causes the backup bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the backup bearing 215 engages is dimensioned large enough so that the backup bearing 215 during normal operation of the vacuum pump not engaged, and at the same time small enough so that a collision of the rotor-side structures with the stator-side structures is prevented under all circumstances.
  • the vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotating the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217.
  • a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 that extends through the motor stator 217 .
  • the motor stator 217 is fixed in the housing inside the motor room 137 provided for the electric motor 125 .
  • a sealing gas which is also referred to as flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can get into the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135 .
  • the sealing gas can protect the electric motor 125 from process gas, e.g. from corrosive components of the process gas.
  • the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. the vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.
  • a labyrinth seal 223 can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.
  • the pump described above is equipped with at least one stator component according to the invention, which cooperates with a rotor in a pumping stage and which has the features specified in one of the independent claims, in particular in a Holweck stator of a Holweck pump stage and/or in a spacer ring of a turbomolecular stage.
  • the pump can advantageously be equipped with a plurality of stator components according to the invention, in particular a plurality of Holweck stators in Holweck pump stages and/or a plurality of spacer rings in turbo pump stages.
  • stator components that interact with a rotor in pumping stages, in particular all Holweck stators of all Holweck pump stages and/or all spacer rings of all turbomolecular stages, of the above-described pump stator components designed according to the invention.
  • the Figures 6a and 6b show a comparison of schematic cross-sectional views of two differently designed Holweck systems.
  • the rotor hubs 61 which are arranged on the rotor shafts 53 rotating about an axis 51 during operation, and the Holweck rotor sleeves 63, 65, which are in the form of cylinder jackets and are nested in one another in the radial direction, are fastened to the rotor hubs 61 and are in the Holweck systems from Figures 6a and 6b the same and can each be formed in a conventional manner.
  • the Holweck stator sleeves 67, 69 and 68, 70 which are also nested in one another when viewed in the radial direction, differ from one another.
  • FIG. 6b The system shown, on the other hand, contains Holweck stator sleeves 68, 70 according to the present invention, the surfaces of which, shown as dots, have an increased degree of thermal emission compared to the conventional sleeves 67, 69 and thus bring about improved heat dissipation.
  • the surfaces with increased thermal emissivity include the surfaces of the ridges 681, including those of the respective ridge tips 683, and the respective grooves 685 located between the ridges 681 on the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 68, as well as the surfaces of the ridges 701 , 702, including those of the web tips 703, 704, and the grooves 705, 706 on the radially outer surface and the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 70, as well as those channel-side stator surfaces 721, 741, 761, which the channels 72, 74, 76 form.
  • the radially extending channel 72 connects the first Holweck gap 71 to the second Holweck gap 73 and is bounded on one side by the lower end 631 of the outer Holweck rotor sleeve 63 and on the other side by a channel-side stator surface 721 .
  • the radially extending channel 74 connects the second Holweck gap 73 to the third Holweck gap 75 and is bounded on one side by the rotor hub 61 and on the other side by the upper end surface 741 of the inner stator sleeve 70 .
  • the radially extending channel 76 connects the third Holweck gap 75 to an outlet (not shown) and is bounded on one side by the lower end of the inner Holweck rotor sleeve 65 and on the other side by the channel-side stator surface 761 .
  • the stator surface opposite the rotor surface has an increased thermal emissivity overall, so that there is increased heat transport through thermal radiation from the rotor to the stator over the entire Holweck gap 71, 73, 75 .
  • the outer lateral surface 689 of the outer stator sleeve 68 does not have an increased degree of thermal emission. Such is not required at this point since the outer surface 689 is for fitting into the pump housing (not shown). In the operating state of the pump, there is no gap here through which heat transport would have to take place via radiation, but the heat transfer takes place directly from the outer jacket surface 689 to a housing part (not shown) directly adjacent thereto.
  • the web tips 681, 701, 704 and/or the channel-side Holweck stator surfaces 721, 741, 761 are not fully or partially an increased thermal emissivity are formed.
  • This is particularly useful when the increased degree of thermal emission is to be achieved through a high level of roughness, which is detrimental to the high dimensional accuracy required to form a narrow Holweck gap 71, 73, 75 or channel 72, 74, 76 between rotor and stator could.
  • the increase in the degree of thermal emission can then be limited in particular to those surfaces of the stator component where the requirements for dimensional accuracy are lower, for example the surfaces of the slots 685, 705, 706 of the Holweck stator sleeves 68, 70.
  • FIGS. 7 and 8 show such an embodiment. Shown is a Holweck area of a turbomolecular pump, in which the grooves 685, 705, 706 of the inner and outer Holweck stator sleeves 68, 70 have a rough surface caused by production. 8 shows an enlarged view of a section of the Holweck area 7 at the bottom of the Holweck stator sleeves.
  • the irregularities of the groove surfaces are in the Figures 7 and 8 greatly exaggerated and not drawn to scale for clarity.
  • only the surfaces of the grooves 685, 705, 706 have a high level of roughness due to the production process and, as a result, a high degree of thermal emission.
  • All other surfaces of the in Figures 7 and 8 Stator components shown, including the web tips 683, 703, 704 of the inner and outer Holweck stator sleeves 68, 70 and the contact surfaces of the stator components to other pump parts, eg the outer lateral surface 689 of the outer Holweck stator sleeve 68, are made smooth by machining , in order to be able to comply with the required tolerances and to ensure good heat transfer at the contact surfaces.
  • FIG 9 shows several turbo pump stages connected in series, each of which is formed from a rotor disk 55 fastened to the rotor shaft 53 and a stator disk 57 adjacent to this, the stator disks 57 being secured by spacer rings 59 are axially spaced from each other.
  • 10 shows an enlarged view of a spacer ring 59 from FIG 9 .
  • An inner diameter surface 591 of the spacer ring 59 faces a rotor disk 55 along the inner diameter of each spacer ring 59 .
  • the distance between the radially outer ends of the rotor disks 55 and the inner diameter surfaces 591 of the spacer rings 59 is so large that, due to tolerances, it is possible to use spacer rings 59 in which the entire inner diameter surface 591 has not been machined after the primary shaping.
  • the entire inner diameter surface 591 of the spacer ring 59 is therefore unmachined, so that it has a high level of roughness due to the production process and, as a result, has a high degree of thermal emission. Since this, as in 9 shown, applies to all spacer rings 59 used, heat transfer by radiation from the rotor to the stator is thus maximized in all turbomolecular pumping stages of the pump.
  • the contact surfaces 599 with adjacent spacer rings 59, stator discs 57 and the housing 19 are made smooth by machining in order to achieve the required fit and to ensure good heat transfer, in particular to the housing.
  • the majority of the surfaces that are directly opposite the rotor disks 55 and can therefore absorb the thermal radiation emitted by them are as shown in FIG 9 seen occupied by high emissivity surfaces 591 .
  • the differently designed surfaces of the spacer rings 59 complement each other in an optimal way in order to achieve the best possible heat dissipation from the rotor to the stator (via the rough inner diameter surface 591) and then from the stator to the housing (via the smooth contact surface 599).
  • FIG. 11 shows a further embodiment in which a wall 22 delimiting the motor compartment 37 of the pump is designed as a stator component within the meaning of the present invention.
  • the surface 23 of the wall 22 shown in dots and facing the inner Holweck rotor sleeve 65 has an increased degree of thermal emission compared to a conventional wall. It thereby causes increased heat removal from the rotor by radiation across the gap 24 separating the inner Holweck rotor sleeve 65 from the wall 22 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil mit einer Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, und wobei der zweite Anteil der Oberfläche unbeschichtet ist und einen thermischen Emissionsgrad ε von mindestens 0,25, bevorzugt mindestens 0,3, bei 50°C aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Statorbauteils für einen Stator einer Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe.
  • In Abhängigkeit von Art und Menge der geförderten Gase kommt es während des Betriebs einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe (TMP), zu einer Erhitzung des Rotors. In vielen Vakuumanwendungen führt die Förderung einer großen Gasmenge dazu, dass eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, an ihrem Limit betrieben wird, weil der Rotor die maximale Temperatur erreicht, bis zu der er zuverlässig einer dauerhaften Belastung ausgesetzt werden kann. Die Erhitzung des Rotors kann sich negativ auf dessen Lebensdauer auswirken und die maximale mit der Vakuumpumpe förderbare Gasmenge begrenzen.
  • Grundsätzlich kann die gebildete Wärme durch Wärmestrahlung vom Rotor zum Stator und von dort wiederum nach außen an ein (ggf. gekühltes) Pumpengehäuse abgegeben werden. Eine Verbesserung der Wärmeabfuhr vom Rotor zu einem Statorbauteil erfordert jedoch eine Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen den beteiligten Flächen. Die Oberflächentemperatur des Statorbauteils muss also möglichst weit unter derjenigen des Rotors liegen. Gemäß dem physikalischen Zusammenhang der Wärmestrahlung kann ein Körper umso besser Wärme aufnehmen oder abgeben, je höher der thermische Emissionsgrad ε seiner Oberfläche ist, also das Verhältnis seiner tatsächlichen Strahlungsleistung zu der eines idealen schwarzen Strahlers.
  • Im Stand der Technik wird vorgeschlagen, Oberflächen von Teilen des Stators zu beschichten. Aus der Patentschrift EP 2 775 148 B1 sind Statorbauteile bekannt, deren Oberflächen teilweise mit einer Nickeloxid-Schicht oder einer Aluminiumoxid-Schicht überzogen sind, wodurch eine verstärkte Wärmeübertragung über den Stator gewährleistet werden soll. Damit die an bestimmten Oberflächen des Stators, etwa an äußeren Kontaktflächen oder an den Radialspalt angrenzenden, dem Rotor direkt gegenüberliegenden Stegspitzen, nötige Maßgenauigkeit erreicht werden kann, muss die Oxidschicht dort jedoch nach ihrer Aufbringung wieder von dem Statorbauteil entfernt werden, oder die entsprechenden Abschnitte der Oberfläche müssen durch Maskierung geschützt werden, bevor die Oxidschicht aufgebracht wird. In beiden Fällen ist das Verfahren aufwändig, da zusätzlich zu den beiden immer erforderlichen Schritten der Urformung und der Nachbearbeitung des Statorbauteils sowohl ein Beschichtungsvorgang als auch weitere Schritte zum lokalen Entfernen oder Fernhalten des Überzugsmaterials durchgeführt werden müssen. Zudem können sich Überzüge im Lauf der Zeit von dem darunter liegenden Material ablösen, was zur Verschlechterung des Emissionsgrads und zur Verunreinigung der Pumpe durch abgelöste Partikel führen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, auf eine möglichst einfache Weise die Kühlung einer Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, so zu verbessern, dass ein Rotor der Pumpe bei ansonsten gleichen Bedingungen mit einer niedrigeren Rotortemperatur betrieben werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1.
  • Eine solche Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, umfasst einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor, wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil mit einer Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist dabei der zweite Anteil der Oberfläche des Statorbauteils unbeschichtet und weist einen thermischen Emissionsgrad ε von mindestens 0,25, bevorzugt mindestens 0,3, bei 50°C auf. Ein hoher Emissionsgrad bei 50°C ist vorteilhaft, weil diese Temperatur im Bereich der üblichen Betriebstemperatur des Rotors liegt. Somit erfolgt im Betrieb eine besonders wirksame Wärmeabfuhr.
  • Der thermische Emissionsgrad ε des zweiten Anteils der Oberfläche beträgt bevorzugter mindestens 0,4, noch bevorzugter mindestens 0,5, besonders bevorzugt mindestens 0,6, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,7, noch stärker bevorzugt mindestens 0,8, und am bevorzugtesten mindestens 0,9 bei 50°C.
  • Insbesondere kann der thermische Emissionsgrad ε des zweiten Anteils höher sein als derjenige des ersten Anteils.
  • Der thermische Emissionsgrad ε ist ein Gesamtemissionsgrad über den infraroten Wellenlängenbereich von 0,78 µm bis 1 mm.
  • Der thermische Emissionsgrad ε eines erwärmten Messobjekts kann mit Hilfe eines Thermofühlers und eines Infrarotmessgeräts mit einstellbarem Emissionsgrad gemessen werden. Dabei wird zunächst mittels des berührenden Thermofühlers die tatsächliche Temperatur der Oberfläche an einem Punkt des erwärmten Messobjekts bestimmt. Anschließend wird die Oberflächentemperatur mit dem Infrarotmessgerät erfasst, zunächst mit einem eingestellten Emissionsgrad von 1. Danach wird der Emissionsgrad am Infrarotmessgerät variiert, bis die ausgegebenen Temperaturen von Thermofühler und Infrarotmessgerät übereinstimmen. Somit kann der tatsächliche thermische Emissionsgrad eines jeweiligen erwärmten Messobjekts experimentell ermittelt werden.
  • Alternativ erfolgt die Lösung der obigen Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 2.
  • Erfindungsgemäß besitzt in dieser Alternative der zweite Anteil der Oberfläche des Statorbauteils eine fertigungsbedingte, nicht durch trennende Nachbearbeitung oder durch Beschichten veränderte Oberflächenbeschaffenheit.
  • Bevorzugt ist die fertigungsbedingte Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Anteils der Oberfläche des Statorbauteils eine Rauigkeit, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr, noch bevorzugter 20 µm oder mehr, besonders bevorzugt 30 µm, ganz besonders bevorzugt 40 µm oder mehr, am bevorzugtesten 50 µm oder mehr liegt, und/oder eine Farbgebung, insbesondere wobei die Farbgebung durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial erhalten worden ist.
  • Um zugleich möglichst gute vakuumtechnische Eigenschaften des Statorbauteils zu erreichen, beträgt die Rauigkeit des zweiten Anteils der Oberfläche des Statorbauteils zudem bevorzugt 500 µm oder weniger, bevorzugter 400 µm oder weniger, noch bevorzugter 300 µm oder weniger, besonders bevorzugt 250 µm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 200 µm oder weniger, noch stärker bevorzugt 150 µm oder weniger, und am bevorzugtesten 100 µm oder weniger. Beispielsweise liegt die Rauigkeit des zweiten Anteils der Oberfläche des Statorbauteils also in einem Bereich von bevorzugt 3 µm bis 500 µm, bevorzugter 5 µm bis 400 µm, noch bevorzugter 10 µm bis 300 µm, besonders bevorzugt 20 µm bis 250 µm, ganz besonders bevorzugt 30 µm bis 200 µm, noch stärker bevorzugt 40 µm bis 150 µm, und am bevorzugtesten 50 µm bis 100 µm. Es versteht sich jedoch, dass auch beliebige andere, hier nicht explizit aufgeführte Kombinationen der genannten bevorzugten oberen und unteren Grenzwerte möglich sind und dass diese Kombinationen ebenfalls bevorzugte Rauigkeitsbereiche darstellen.
  • In einer weiteren Alternative der Erfindung erfolgt die Lösung der obigen Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 4.
  • Erfindungsgemäß ist in dieser Alternative der Erfindung der zweite Anteil der Oberfläche des Statorbauteils unbeschichtet, und der zweite Anteil der Oberfläche besitzt eine fertigungsbedingte Rauigkeit, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr, noch bevorzugter 20 µm oder mehr, besonders bevorzugt 30 µm, ganz besonders bevorzugt 40 µm oder mehr, am bevorzugtesten 50 µm oder mehr liegt, und/oder eine Farbgebung, insbesondere wobei die Farbgebung durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial erhalten worden ist.
  • Hinsichtlich der bevorzugten Obergrenze der fertigungsbedingten Rauigkeit des zweiten Anteils der Oberfläche gilt das bereits oben Gesagte.
  • In der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Begriff "Rauigkeit", sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, eine mittlere Rautiefe Rz gemäß DIN EN ISO 4287:2010-07 zu verstehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Statorbauteil, dessen Oberfläche zumindest in ihrem zweiten Abschnitt einen erhöhtem Emissionsgrad ε aufweist, kann den Wärmetransport sowohl vom Rotor zum Stator als auch vom Stator zum Gehäuse verstärken. Zugleich ist der zweite Anteil unbeschichtet, wodurch sich die Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit des Statorbauteils gegenüber beschichteten Teilen verbessert. Überdies ist das erfindungsgemäße Statorbauteil einfach herzustellen, weil der zweite Abschnitt in dem Zustand belassen werden kann, in welchem er unmittelbar nach der Fertigung durch Urformen erhalten wird. Anders als im Stand der Technik kann in der vorliegenden Erfindung direkt eine Oberfläche mit erhöhtem Emissionsgrad erhalten werden, ohne dass hierzu irgendeine Nachbehandlung erforderlich ist.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mehrere alternative Möglichkeiten zur Lösung der ihr zugrundeliegenden Aufgabe bietet, beziehen sich die als optional, bevorzugt und/oder vorteilhaft bezeichneten Merkmale und Ausführungsformen immer auf alle hierin genannten Alternativen der Erfindung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der erste Anteil der Oberfläche des Statorbauteils einer Nachbearbeitung unterzogen worden ist, insbesondere einer Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere einer spanenden Bearbeitung. Der erste Anteil ist dadurch besonders geeignet, diejenigen Flächen eines Statorbauteils zu bilden, bei denen eine hohe Maßgenauigkeit gefordert ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zudem der zweite Anteil nicht durch Trennen, insbesondere nicht spanend nachbearbeitet ist. Hierdurch kann nicht nur der Nachbearbeitungsaufwand verringert, sondern auch eine hohe Rauigkeit und damit einhergehend ein hoher thermischer Emissionsgrad des zweiten Anteils der Oberfläche erzielt werden. Dies bewirkt den erheblichen Vorteil, dass bereits als unmittelbares Ergebnis der Fertigung, ohne jegliche Nachbehandlung, ein Oberflächenanteil mit erhöhtem Emissionsgrad erhalten wird. Im Stand der Technik wird eine Steigerung des Emissionsgrades nur über eine umständliche Nachbehandlung erreicht, bei der eine Beschichtung auf das Statorbauteil aufgebracht werden muss.
  • Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht grundsätzlich ausgeschlossen, neben dem ersten Anteil auch den zweiten Anteil der Oberfläche einer Nachbearbeitung zu unterziehen, beispielsweise einer Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere einer spanenden Bearbeitung. Dabei ist es jedoch bevorzugt, dass die Rauigkeit des zweiten Anteils der Oberfläche durch die Nachbearbeitung nicht unter einen Wert von 3 µm, bevorzugter 5 µm, noch bevorzugter 10 µm, besonders bevorzugt 20 µm, ganz besonders bevorzugt 30 µm, noch stärker bevorzugt 40 µm, am bevorzugtesten 50 µm, fällt.
  • Überdies ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, eine Nachbehandlung des zweiten Anteils der Oberfläche vorzunehmen, die zu einer Erhöhung der Rauigkeit des zweiten Anteils führt. Ein solches Aufrauen des zweiten Anteils der Oberfläche kann beispielsweise durch Herausbrechen einer Stützstruktur, Laserstrukturieren, Schleifen oder Sandstrahlen, bevorzugt durch Herausbrechen einer Stützstruktur oder Laserstrukturieren, besonders bevorzugt durch Laserstrukturieren erfolgen.
  • Unter dem Herausbrechen einer Stützstruktur ist zu verstehen, dass bei der Urformung des Statorbauteils, insbesondere bei einem additiven Fertigungsverfahren wie Lasersintern oder Laserschmelzen, zumindest in einen aufzurauenden Bereich (d.h. in zumindest einen Teil des zweiten Anteils der Oberfläche) des Statorbauteils eine Stützstruktur eingearbeitet wird. Bei dem aufzurauenden Bereich des Statorbauteils kann es sich beispielsweise um eine Nut eines Holweck-Stators handeln. Nach Abschluss des Urformungsprozesses kann die zum Beispiel wabenartige Stützstruktur mechanisch, z.B. manuell, aus dem zweiten Anteil der Oberfläche des Statorbauteils herausgebrochen werden. Durch diese Methode können besonders hohe Rauigkeiten erzielt werden.
  • Ein solches Herausbrechen von Stützstrukturen kann auch als zur Fertigung gehörend betrachtet werden und ist dann keine Nachbehandlung. In diesem Fall ist die Oberflächenbeschaffenheit bzw. die Rauigkeit, die durch das Herausbrechen entsteht, eine fertigungsbedingte Rauigkeit.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der erste Anteil der Oberfläche im zusammengesetzten Zustand der Pumpstufe zumindest bereichsweise eine Kontakt-, Pass- oder Maßfläche relativ zu einem oder mehreren anderen Bauteilen der Vakuumpumpe bildet. Der erste und der zweite Anteil der Oberfläche können somit einander ergänzende oder sogar einander ausschließende Funktionen aufweisen. Während der zweite Anteil der Oberfläche nämlich Eigenschaften aufweist, die einen möglichst hohen Emissionsgrad gewährleisten, wie zum Beispiel eine hohe Rauigkeit, kann der erste Anteil, zum Beispiel durch spanende Nachbearbeitung, so ausgebildet sein, dass er die an bestimmten Stellen der Vakuumpumpe geforderten Toleranzen erfüllt und/oder eine gute Passung und/oder gute Wärmeübertragung an unmittelbar am ersten Anteil anliegende Pumpenbauteile aufweist.
  • Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Statorbauteil ein Holweckstator einer Holweck-Pumpstufe oder ein Distanzring einer Turbopumpstufe ist. Dadurch kann in der Holweck-Pumpstufe, in der Turbopumpstufe oder auch in beiden Stufen zugleich die Wärmeabfuhr verbessert und die Gefahr einer Überhitzung der jeweiligen Rotoren oder eines gemeinsamen Rotors verringert werden.
  • Wenn es sich bei dem Statorbauteil um einen Holweckstator handelt, ist es besonders bevorzugt, dass der erste Anteil der Oberfläche die Stegspitzen und/oder die äußere Mantelfläche des Holweckstators bildet. Die Spitzen der Stege zwischen den Nuten des Holweckstators grenzen nämlich im Betriebszustand der Pumpe an den auch als Holweckspalt bezeichneten Radialspalt zwischen Rotor und Stator an, liegen also dem Rotor in geringem Abstand direkt gegenüber. An diesen Stellen ist für die Funktion der Holweck-Pumpstufe eine hohe Maßgenauigkeit gefordert. Auch an der äußeren Mantelfläche eines Holweckstators ist diese hohe Genauigkeit zwecks Einpassung in das Pumpengehäuse und zur Sicherstellung einer guten Wärmeübertragung auf umliegende Teile des Pumpengehäuses erforderlich, unabhängig davon, ob die Kontaktfläche zum Einpressen oder zum Anschrauben ausgeführt ist. Ganz besonders bevorzugt ist daher der erste Anteil der Oberfläche, der die Stegspitzen und/oder die äußere Mantelfläche des Holweckstators bildet, durch Trennen, insbesondere spanend, nachbearbeitet.
  • Wenn es sich bei dem Statorbauteil um einen Holweckstator handelt, ist es, alternativ oder zusätzlich zu dem oben Gesagten, außerdem besonders bevorzugt, dass der zweite Anteil der Oberfläche zumindest Abschnitte der Nuten, insbesondere die gesamten Nuten des Holweckstators bildet. Die Nuten müssen weniger hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit erfüllen und können daher genutzt werden, um den Emissionsgrad des Holweckstators zu optimieren. In den Nuten des Holweckstators ist es toleranzbedingt zum Beispiel möglich, die Oberfläche in einem Zustand mit hoher fertigungsbedingter Rauigkeit zu belassen, um einen entsprechend hohen thermischen Emissionsgrad zu erzielen.
  • Wenn es sich bei dem Statorbauteil um einen Distanzring einer Turbopumpstufe handelt, ist es besonders bevorzugt, dass der erste Anteil der Oberfläche die Kontaktstellen zu benachbarten Bauteilen bildet. Bei den benachbarten Teilen kann es sich beispielsweise um Distanzringe, Statorscheiben oder ein Pumpengehäuse handeln. Wie bereits zuvor am Beispiel der Holweckstatoren ausgeführt, ist an solchen Kontaktflächen eine hohe Maßgenauigkeit nötig, um eine präzise Passung und einen möglichst guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Ganz besonders bevorzugt ist daher der erste Anteil der Oberfläche, der die Kontaktflächen des Distanzringes zu anderen Teilen der Pumpe bildet, durch Trennen, insbesondere spanend, nachbearbeitet.
  • Wenn es sich bei dem Statorbauteil um einen Distanzring einer Turbopumpstufe handelt, ist es, alternativ oder zusätzlich zu dem oben Gesagten, außerdem besonders bevorzugt, dass der zweite Anteil der Oberfläche zumindest Abschnitte des Innendurchmessers, insbesondere den gesamten Innendurchmesser des Holweckstators bildet. Der Innendurchmesser muss weniger hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit erfüllen und kann daher genutzt werden, um den Emissionsgrad des Distanzringes zu optimieren. Entlang des Innendurchmessers des Distanzringes ist es toleranzbedingt zum Beispiel möglich, die Oberfläche in einem Zustand mit hoher fertigungsbedingter Rauigkeit zu belassen, um einen entsprechend hohen thermischen Emissionsgrad zu erzielen.
  • Bevorzugt ist das Statorbauteil durch ein Gießverfahren, ein Sinterverfahren oder ein additives Verfahren gefertigt. Diesen Urformungsverfahren ist der Vorteil gemeinsam, dass sie die Herstellung von Teilen mit einer hohen fertigungsbedingten Rauigkeit und einem daraus resultierenden hohen thermischen Emissionsgrad ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der genannten Verfahren besteht darin, dass sie den Einbau von farbgebenden Mitteln in den zu formenden Werkstoff erlauben.
  • Gießen, also das Füllen eines schmelzflüssigen Werkstoffes in eine Form, gefolgt von der Erstarrung der Schmelze, stellt ein besonders einfaches und kostengünstiges urformendes Verfahren dar, mit dem sich ein den vakuumtechnischen Anforderungen genügendes Statorbauteil herstellen lässt. Wenn das Statorbauteil ein Gussteil ist, ergibt sich der Vorteil, dass der Werkstoff aus dem formlosen flüssigen Zustand unmittelbar in eine endkonturnahe Gestalt überführt werden kann. Bevorzugt wird eine Gussform mit einer strukturierten Formoberfläche verwendet, wodurch sich vorteilhafterweise die Rauigkeit zumindest eines Teils der Oberflächen des gegossenen Statorbauteils gezielt beeinflussen lässt.
  • Das in der vorliegenden Erfindung angewandte Gießverfahren ist grundsätzlich nicht beschränkt, und das Statorbauteil kann beispielsweise durch statischen Guss (Schwerkraft- oder Standguss) oder, bevorzugt, durch dynamischen Guss (insbesondere Schleudergießen, Niederdruckgießen oder Druckgießen) hergestellt werden. Besonders bevorzugt wird das Statorbauteil durch Druckgießen hergestellt. Dabei wird die Schmelze unter hohem Druck in eine Dauerform gepresst. Dieses Verfahren bietet den Vorteil einer sehr genauen Konturenwiedergabe. Bei dem Druckgießverfahren kann es sich besonders bevorzugt um ein Vakuumdruckgießverfahren handeln. Dieses bietet den Vorteil, dass eine höhere Materialgüte erreicht wird, weil weniger Luft und sonstige Gase im Werkstoff eingeschlossen werden, so dass sich die Porosität des Gussteils verringert und seine Dichte und Druckdichtheit steigen. Anstelle von vollkommen verflüssigten Werkstoffen können auch teilflüssige oder teigige Materialien als Gussmasse eingesetzt werden (sogenanntes Thixo- oder Rheo-Casting).
  • Wenn das Statorbauteil ein Gussteil ist, kann zu seiner Herstellung bevorzugt eine Gussform mit strukturierter Oberfläche verwendet werden, um die fertigungsbedingte Rauigkeit in den einzelnen Oberflächenbereichen des Statorbauteils gezielt zu beeinflussen, also zum Beispiel durch die lokale Oberflächenstruktur der Gussform in den entsprechenden Bereichen eine möglichst hohe Rauigkeit in den Nuten eines gegossenen Holweck-Stators oder entlang des Innendurchmessers eines gegossenen Distanzringes einer Turbopumpstufe zu erreichen.
  • Kommt bei der Urformung ein Sinterverfahren zur Anwendung, so wird das in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eingesetzte Statorbauteil durch Anwendung eines Formgebungs- und Sinterprozesses aus einem pulvrigen oder körnigen Werkstoff hergestellt. Hierbei wird das als Rohstoff dienende Pulver oder Granulat zunächst in einem Werkzeug unter Druck zu einem Grünkörper verdichtet. Dieser ungesinterte Pressling weist noch keine nennenswerte Festigkeit auf. Um zu einem vakuumtechnisch brauchbaren Statorbauteil zu kommen, ist daher eine anschließende Sinterung nötig. Diese besteht in einer Wärmebehandlung unter Schutzgas (z.B. Stickstoff, Wasserstoff) bei verhältnismäßig hoher Temperatur, ist überwiegend eine Festkörperreaktion, unter Umständen in Gegenwart einer geringen Menge flüssiger Phase, und bewirkt einen thermisch aktivierten Stofftransport. Das Ergebnis der Sinterung ist die Verbindung der einzelnen Werkstoffpartikel zu einem zusammenhängenden Sinterformteil mit hoher Festigkeit. Die Press- und Sintervorgänge können bei Bedarf auch wiederholt werden, um z.B. eine zusätzliche Nachverdichtung zu erreichen. Falls nach Abschluss der Sinterung eine hohe Restporosität (z.B. >12 Volumenprozent) in dem Statorbauteil verbleibt, kann dieser Porenraum in einem weiteren Schritt mit einem geschmolzenen weiteren Werkstoff (z.B. einem Metall oder einer Legierung) gefüllt werden, der einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als der Sinterkörper.
  • Unter dem Begriff der additiven Fertigung (auch als "3D-Druck" bezeichnet) werden verschiedene Urformungstechniken zusammengefasst, denen gemeinsam ist, dass die Fertigung bzw. Formgebung durch Aneinanderfügen von Volumenelementen, insbesondere Schichten, erfolgt. Die Herstellung des in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eingesetzten Statorbauteils ist dabei jedoch nicht auf eine bestimmte Art von additiver Fertigung beschränkt. Als in der vorliegenden Erfindung verwendbare Varianten seien hier beispielhaft genannt: Pulverbettfusion (engl. powder bed fusion, PBF), insbesondere Lasersintern, Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, direktes Metallpulversprühen (engl. direct metal deposition, DMD), und Direktenergie-Abscheidung (engl. direct energy deposition, DED).
  • Unter additiven Verfahren können aber auch solche Fertigungsmethoden verstanden werden, bei denen ausgehend von einem Gemisch aus einem WerkstoffPulver (z.B. Keramik oder Metall) und einem Bindemittel (z.B. Polymer, Wachs oder Klebstoff) durch die eigentliche additive Fertigung lediglich ein Grünkörper entsteht, der erst durch eine Nachbehandlung, beispielsweise eine herkömmliche Hochtemperaturbehandlung wie Entbindern und Sintern, in das Endprodukt überführt wird. Der Grünkörper eines in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eingesetzten Statorbauteils kann daher beispielsweise auch durch schichtweises Extrudieren eines Werkstoffpulver-Bindemittel-Gemisches (Strangablageverfahren oder Schmelzschichtung, engl. fused deposition modeling, FDM) oder durch sogenanntes "Binder Jetting" hergestellt werden, bei dem ein Bauteil aufgebaut wird, indem ein Bindemittel durch eine Düse auf eine Werkstoffpulverschicht aufgetragen wird.
  • Wenn das in der Vakuumpumpe der vorliegenden Erfindung eingesetzte Statorbauteil durch ein additives Verfahren gefertigt ist, wird zur Herstellung des Bauteils bevorzugt wenigstens ein Pulverwerkstoff verwendet. Der Pulverwerkstoff kann durch physikalische, insbesondere thermische, und/oder chemische Prozesse schichtweise verfestigt werden. Dabei kann der Pulverwerkstoff in Form gebracht und verdichtet werden, wobei zumindest annähernd ein homogenes Material gebildet werden kann. Durch den Aufbau des Bauteils aus einem Pulverwerkstoff kann das Bauteil endkonturnah oder zumindest im Wesentlichen endkonturgetreu mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt werden, wodurch insbesondere auch komplexe Bauteile kostengünstig, mit geringem Materialaufwand und unter Erzeugung von nur geringem Abfall herstellbar sind.
  • Die vorstehend genannten spezifischen Gießverfahren, Sinterverfahren und additiven Fertigungsverfahren sind lediglich beispielhafter Natur und stellen keine abschließende Aufzählung der in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Gieß-, Sinter- und additiven Verfahren dar.
  • Zur Herstellung des in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eingesetzten Statorbauteils kann grundsätzlich jeder Werkstoff verwendet werden, der den vakuumtechnischen Anforderungen genügt. Es kann beispielsweise ein metallischer Werkstoff, ein keramischer Werkstoff, ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff (engl. metal matrix composite, MMC), ein Kunststoff oder ein Kunststoff-Verbundmaterial verwendet werden.
  • Metallische Werkstoffe und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe sind hierbei bevorzugt, da sie neben günstigen mechanischen Eigenschaften und guter Bearbeitbarkeit eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, was sich vorteilhaft auf den Wärmetransport vom Statorbauteil zu den daran anliegenden Gehäuseteilen auswirkt. Zu den als metallische Werkstoffe verwendbaren Metallen und Legierungen zählen beispielsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Eisenlegierungen, beispielsweise Stahl oder Gusseisen, Titan, Titanlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Magnesiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen oder Kobaltlegierungen. Wenn das Statorbauteil der vorliegenden Erfindung aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird, werden hierfür bevorzugt Aluminium, Aluminiumlegierungen, Titan, Titanlegierungen oder Eisenlegierungen verwendet, besonders bevorzugt Aluminium, Aluminiumlegierungen, oder Eisenlegierungen, am bevorzugtesten Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Statorbauteil aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gebildet, wobei der zweite Anteil der Oberfläche des Statorbauteils eine Rauigkeit von 30 µm bis 150 µm und einen Emissionsgrad von 0,7 oder mehr aufweist.
  • Metallmatrix-Verbundwerkstoffe bestehen aus einer zusammenhängenden Matrix aus einem Metall oder einer Legierung, in der Teilchen oder Fasern aus einem nicht-metallischen Material diskontinuierlich verteilt sind. Bei dem in der Metallmatrix verteilten nicht-metallischen Material handelt es sich um ein anorganisches Material, beispielsweise um ein keramisches Material (z.B. ein Carbid, Oxid, Nitrid oder Borid) oder ein elementares Nichtmetall oder Halbmetall (z.B. Kohlenstoff, Silicium). Wenn das Statorbauteil der vorliegenden Erfindung aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff hergestellt wird, wird als das Metall oder die Legierung, das bzw. die als Metallmatrix dient, bevorzugt Aluminium, eine Aluminiumlegierung, eine Eisenlegierung, beispielsweise Stahl oder Gusseisen, Titan, eine Titanlegierung, Nickel, eine Nickellegierung, eine Magnesiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Kobaltlegierung verwendet, besonders bevorzugt Aluminium, eine Aluminiumlegierung, eine Eisenlegierung, Titan, eine Titanlegierung, eine Magnesiumlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung, noch bevorzugter Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung oder eine Magnesiumlegierung, am bevorzugtesten Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan oder eine Titanlegierung. Als nicht-metallisches Material kann ein keramisches Material verwendet werden, welches oxidisch oder nicht-oxidisch sein kann. Beispiele für bevorzugte oxidische keramische Materialien sind Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid. Insbesondere ist das keramische Material nicht-oxidisch. Nichtoxidkeramiken, beispielsweise Nitride, Carbide oder Boride, bieten verschiedene Vorteile, etwa hohe chemische und thermische Stabilität sowie eine im Vergleich zu Oxidkeramiken bessere Wärmeleitfähigkeit. Besonders bevorzugte Nichtoxidkeramiken sind die Carbide, Nitride, Silicide oder Boride von Aluminium, Hafnium, Lanthan, Molybdän, Tantal, Titan, Wolfram, Zirkonium, (im Fall der Carbide, Nitride und Silicide) Bor oder (im Fall der Carbide, Nitride und Boride) Silicium. Beispiele für bevorzugte nicht-oxidische keramische Materialien sind Borcarbid, Bornitrid, Borsilicid (Siliciumborid), Lanthanhexaborid, Molybdänsilicid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titanborid, Titancarbid, Titannitrid, Wolframcarbid, Zirkoniumborid und Gemische von zweien oder mehreren derselben. Bevorzugter sind Borcarbid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titancarbid und Gemische von zweien oder mehreren derselben. Am bevorzugtesten sind Siliciumcarbid und Siliciumnitrid.
  • Neben den bereits oben erwähnten elementaren Nichtmetallen, wie Si oder C, und den oben beschriebenen keramischen Materialien, können als nicht-metallisches Material in dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff alternativ oder zusätzlich aber auch andere anorganische Stoffe verwendet werden. Beispielsweise können auch solche Metalloxide zum Einsatz kommen, die nicht zu den gängigen Oxidkeramik-Werkstoffen gezählt werden, nämlich bevorzugt Chromoxid, Eisenoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Nickeloxid und/oder Titanoxid, bevorzugter Chromoxid, Eisenoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid, noch bevorzugter Eisenoxid und/oder Nickeloxid, besonders bevorzugt Eisenoxid.
  • Die Einarbeitung des nicht-metallischen Materials in die Metallmatrix kann bevorzugt so erfolgen, wie unten für die Einarbeitung farbgebender, nichtmetallischanorganischer Mittel in einen metallischen Werkstoff als bevorzugt angegeben.
  • Auch unterschiedliche Materialkombinationen können in dem Statorbauteil vorgesehen sein. Ein Bereich des Bauteils kann zum Beispiel aus einem Werkstoff ausgestaltet sein, während ein anderer Bereich aus einem anderen Werkstoff ausgestaltet ist. Ein erster Bereich des Bauteils kann beispielsweise aus einem ersten Metall, z.B. Aluminium, und ein zweiter Bereich des Bauteils kann beispielsweise aus einem zweiten Metall, z.B. Titan, ausgebildet sein, wobei sich im Grenzbereich zwischen den beiden Bereichen zum Beispiel Übergänge zwischen einem ersten und einem zweiten Metall, z.B. Aluminium-Titan-Übergänge, mit intermetallischer Bindung bilden können.
  • Wenn der Werkstoff, aus dem das Statorbauteil gebildet wird, eine Farbgebung aufweisen soll, kann dies bevorzugt dadurch erfolgen, dass dem Werkstoff vor der Bildung einer endkonturnahen oder endkonturgetreuen Form, insbesondere vor dem Beginn des Urformungsvorgangs, mindestens ein farbgebendes Mittel beigemengt wird, das durch seine Anwesenheit eine Verfärbung des Werkstoffs bewirkt. Hierin soll der Begriff "farbgebendes Mittel" sowohl Farbstoffe im engeren Sinn bezeichnen, also Stoffe, die selbst farbig sind, als auch Stoffe, die erst in Verbindung mit dem Werkstoff eine Farbgebung hervorrufen.
  • Die durch ein farbgebendes Mittel erfolgende Farbgebung an der Oberfläche des Statorbauteils muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwangsläufig einen optisch wahrnehmbaren Farbeindruck, also Änderungen des Emissionsspektrums im sichtbaren Bereich (λ = 0,38 bis 0,78 µm) bewirken, sondern kann auch eine Erhöhung des Absorptions- und Emissionsvermögens nur für Infrarotstrahlung sein. Als Infrarotstrahlung gilt insbesondere elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen 0,78 µm und 1 mm. Im relevanten Temperaturbereich (Rotortemperaturen bis etwa 110°C) wird praktisch die gesamte Wärmestrahlung im Infrarotbereich abgegeben. Dennoch ist natürlich nicht ausgeschlossen, dass die Farbgebung auch mit bloßem Auge erkennbar ist, z.B. als graue oder schwarze Verfärbung des Werkstoffs.
  • Das mindestens eine farbgebende Mittel ist insbesondere eine nichtmetallische anorganische Substanz, welche der Beanspruchung durch den Herstellungsprozess des Statorbauteils standhalten kann und die vakuumtechnische Eignung des damit eingefärbten Statorbauteils nicht beeinträchtigt, z.B. hinsichtlich der mechanischen und thermischen Stabilität. Bevorzugt kann als farbgebendes Mittel mindestens ein elementares Nichtmetall und/oder mindestens ein anorganisches Pigment und/oder mindestens ein keramisches Material verwendet werden, bevorzugter mindestens ein keramisches Material und/oder mindestens ein anorganisches Pigment. Das keramische Material kann oxidisch oder nicht-oxidisch sein. Beispiele für bevorzugte oxidische keramische Materialien sind Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid. Insbesondere ist das keramische Material nicht-oxidisch. Wie bereits oben erwähnt, weisen Nichtoxidkeramiken, wie Nitride, Carbide oder Boride, Vorteile im Vergleich zu Oxidkeramiken auf. Bevorzugt können dabei diejenigen Nichtoxidkeramiken verwendet werden, die oben bereits allgemein im Zusammenhang mit Metallmatrix-Verbundwerkstoffen als bevorzugt bezeichnet wurden.
  • Als anorganisches Pigment kann beispielsweise mindestens ein Metalloxid verwendet werden, bevorzugt Chromoxid, Eisenoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Nickeloxid und/oder Titanoxid, bevorzugter Chromoxid, Eisenoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid, noch bevorzugter Eisenoxid und/oder Nickeloxid, besonders bevorzugt Eisenoxid.
  • Das farbgebende, bevorzugt nichtmetallisch-anorganische, Mittel, insbesondere das mindestens eine elementare Nichtmetall, das mindestens eine anorganische Pigment und/oder das mindestens eine keramische Material, wird bevorzugt in einen metallischen Werkstoff eingearbeitet, also in ein Metall oder in eine Legierung. Dazu können bevorzugt die oben genannten Urformungsverfahren genutzt werden, also Gießen, Sintern oder additive Fertigung. Falls das Statorbauteil ein Gussteil ist, wird dieses also bevorzugt aus einer gemischten Gussmasse erzeugt, die neben mindestens einem verflüssigten Metall auch mindestens ein darin verteiltes farbgebendes Mittel enthält. Dies kann insbesondere durch Rührgießen ("stir casting") erfolgen. Falls das Statorbauteil ein Sinterteil ist, wird bevorzugt bereits der entsprechende Grünkörper aus einem Gemisch mindestens eines Metallpulvers oder -granulats mit einem Pulver oder Granulat mindestens eines farbgebenden Mittels gepresst, und/oder es wird ein nach dem Sintern erhaltener poröser Sinterkörper, der mindestens ein farbgebendes Mittel enthält, mit mindestens einem geschmolzenen metallischen Werkstoff infiltriert. Falls das Statorbauteil durch ein additives Verfahren gefertigt wird, ist es bevorzugt, dass ein Pulver oder Granulat mindestens eines metallischen Werkstoffes mit einem Pulver oder Granulat mindestens eines farbgebenden Mittels vermischt wird und einem für die Verarbeitung von Metallpulvern geeigneten additiven Verfahren unterworfen wird, also beispielsweise Lasersintern, Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, direktes Metallpulversprühen, oder Direktenergie-Abscheidung.
  • Der metallische Werkstoff, in den das mindestens eine farbgebende Mittel nach den oben genannten bevorzugten Verfahren eingearbeitet werden kann, ist dabei bevorzugt einer der metallischen Werkstoffe, die oben bereits allgemein im Zusammenhang mit Metallmatrix-Verbundwerkstoffen als bevorzugte Metallmatrices bezeichnet wurden.
  • Typische Emissionsgrade von Metallen liegen (sofern die Oberfläche nicht stark oxidiert oder aufgeraut ist) im Bereich von ε ≈ 0,1-0,4, bei polierten Oberflächen z.T. noch deutlich darunter. Nichtmetallische Materialien können hingegen wesentlich höhere thermische Emissionsgrade aufweisen als Metalle, typischerweise ε ≥ 0,6. Eine Einbettung nichtmetallischer, farbgebender Mittel in eine metallische Matrix erlaubt es daher, den Emissionsgrad des resultierenden Verbundmaterials gegenüber dem rein metallischen Werkstoff deutlich zu steigern, ohne auf die Vorteile des Metalls bzw. der Legierung verzichten zu müssen, wie günstige mechanische Eigenschaften, gute Bearbeitbarkeit oder hohe Wärmeleitfähigkeit.
  • Die Einbettung eines geeigneten farbgebenden Mittels in den Werkstoff führt zu dem Vorteil, dass zur Erhöhung des Emissionsgrades keine Nachbehandlung von Oberflächen des Statorbauteils nötig ist, da der Werkstoff bereits unmittelbar nach dem Urformen, also im unbehandelten Zustand, die Färbung aufweist. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass eine Erhöhung des Emissionsgrads unabhängig von der Rauigkeit der Oberfläche erzielt werden kann. Dies bedeutet, dass auch an Kontakt-, Pass- oder Maßflächen, die trennend, z.B. spanend nachbearbeitet sind, ein erhöhter Emissionsgrad realisiert werden kann. Zudem ist es möglich, innerhalb eines Statorbauteils die beiden genannten Möglichkeiten zur Erhöhung des Emissionsgrades zu kombinieren, also ein Statorbauteil aus einem Werkstoff herzustellen, in den ein farbgebendes Mittel eingearbeitet ist, und dabei zusätzlich diejenigen Flächen, die keine Kontakt-, Pass- oder Maßflächen sind, in einem Zustand mit fertigungsbedingt hoher Rauigkeit zu belassen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren nach dem hierauf gerichteten, unabhängigen Anspruch 10 gelöst. Dieser betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Statorbauteils für einen Stator einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, die ein Gehäuse und zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpstufe aufweist, die den Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei das Statorbauteil eine Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, wobei bei dem Verfahren das Statorbauteil durch Urformen, insbesondere Gießen, Sintern oder ein additives Verfahren, gefertigt wird, und wobei anschließend der erste Anteil der Oberfläche einer Nachbearbeitung, insbesondere einer Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere einer spanenden Bearbeitung, unterzogen und insbesondere der zweite Anteil der Oberfläche unbearbeitet belassen wird.
  • Bevorzugt erhält durch das Urformen die Oberfläche des Statorbauteils und/oder durch eine Nachbearbeitung der zweite Anteil der Oberfläche eine Rauigkeit, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr, noch bevorzugter 20 µm oder mehr, besonders bevorzugt 30 µm, ganz besonders bevorzugt 40 µm oder mehr, am bevorzugtesten 50 µm oder meh liegt, was die bereits zuvor genannten Vorteile mit sich bringt. Wie oben erläutert, kann die gegebenenfalls erfolgende Nachbearbeitung des zweiten Anteils eine Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere eine spanende Bearbeitung sein. Dabei ist es jedoch bevorzugt, dass die Rauigkeit des zweiten Anteils der Oberfläche durch die Nachbearbeitung nicht unter einen Wert von 3 µm, bevorzugter 5 µm, noch bevorzugter 10 µm, besonders bevorzugt 20 µm, ganz besonders bevorzugt 30 µm, noch stärker bevorzugt 40 µm, am bevorzugtesten 50 µm, fällt. Ebenfalls wie oben erläutert, kann auch eine Nachbehandlung des zweiten Anteils der Oberfläche vorgenommen werden, die zu einer Erhöhung der Rauigkeit des zweiten Anteils führt. Ein solches Aufrauen des zweiten Anteils der Oberfläche kann beispielsweise durch Herausbrechen einer Stützstruktur, Laserstrukturieren, Schleifen oder Sandstrahlen, bevorzugt durch Herausbrechen einer Stützstruktur oder Laserstrukturieren, besonders bevorzugt durch Laserstrukturieren erfolgen, wobei das Herausbrechen einer Stützstruktur so definiert ist wie oben beschrieben.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Anteil der Oberfläche eines aus Aluminium gebildeten Statorbauteils durch Laserstrukturierung behandelt, so dass er eine Rauigkeit von 65 µm und einen Emissionsgrad von 0,8 aufweist.
  • Alternativ wird die Aufgabe der Erfindung zudem auch durch ein Verfahren nach dem hierauf gerichteten, unabhängigen Anspruch 12 gelöst. Dieser betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Statorbauteils für einen Stator einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, die ein Gehäuse und zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpstufe aufweist, die den Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei das Statorbauteil eine Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, wobei bei dem Verfahren der zweite Anteil der Oberfläche mit einer Farbgebung versehen wird, insbesondere durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu wenigstens einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial.
  • Bevorzugt wird das Statorbauteil dabei durch ein Gießverfahren, ein Sinterverfahren oder ein additives Verfahren gefertigt, was die bereits zuvor genannten Vorteile mit sich bringt.
  • In jedem der genannten erfindungsgemäßen Verfahren ist es zudem bevorzugt, dass der erste Anteil der Oberfläche zumindest bereichsweise zu einer Kontakt-, Pass- oder Maßfläche relativ zu einem oder mehreren anderen Bauteilen der Vakuumpumpe gearbeitet wird, was die bereits zuvor genannten Vorteile mit sich bringt.
  • In jedem der genannten erfindungsgemäßen Verfahren ist es überdies bevorzugt, wenn das hergestellte Statorbauteil ein Holweckstator einer Holweck-Pumpstufe oder ein Distanzring einer Turbopumpstufe ist.
  • Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Verfahren auch entsprechend der in Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Ausführungsformen und Einzelmerkmale weitergebildet werden können und umgekehrt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer Turbomolekularpumpe,
    Fig. 2
    eine Ansicht der Unterseite der Turbomolekularpumpe von Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Querschnitt der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie B-B,
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht der Turbomolekularpumpe längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie C-C,
    Fig. 6
    eine Gegenüberstellung von Querschnittsansichten eines herkömmlichen Holwecksystems (Fig. 6A) und eines Holwecksystems, das Statoroberflächen mit erhöhtem Emissionsgrad (Fig. 6B) aufweist,
    Fig. 7
    eine Querschnittsansicht eines Holweckbereichs mit Holweck-Statorhülsen, deren Nuten eine fertigungsbedingt raue Oberfläche aufweisen,
    Fig. 8
    eine Detailansicht eines Ausschnitts des Holweckbereichs von Fig. 7,
    Fig. 9
    eine Querschnittsansicht von Turbopumpstufen mit Distanzringen, deren Innendurchmesser eine fertigungsbedingt raue Oberfläche aufweisen,
    Fig. 10
    eine Detailansicht eines Ausschnitts einer Turbopumpstufe von Fig. 9,
    Fig. 11
    eine Querschnittsansicht eines Holweckbereichs, in dem eine innere Holweck-Rotorhülse durch eine Wandung mit erhöhtem thermischem Emissionsgrad vom Motorraum der Pumpe getrennt ist.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Turbomolekularpumpe 111 umfasst einen von einem Einlassflansch 113 umgebenen Pumpeneinlass 115, an welchen in an sich bekannter Weise ein nicht dargestellter Rezipient angeschlossen werden kann. Das Gas aus dem Rezipienten kann über den Pumpeneinlass 115 aus dem Rezipienten gesaugt und durch die Pumpe hindurch zu einem Pumpenauslass 117 gefördert werden, an den eine Vorvakuumpumpe, wie etwa eine Drehschieberpumpe, angeschlossen sein kann.
  • Der Einlassflansch 113 bildet bei der Ausrichtung der Vakuumpumpe gemäß Fig. 1 das obere Ende des Gehäuses 119 der Vakuumpumpe 111. Das Gehäuse 119 umfasst ein Unterteil 121, an welchem seitlich ein Elektronikgehäuse 123 angeordnet ist. In dem Elektronikgehäuse 123 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten der Vakuumpumpe 111 untergebracht, z.B. zum Betreiben eines in der Vakuumpumpe angeordneten Elektromotors 125 (vgl. auch Fig. 3). Am Elektronikgehäuse 123 sind mehrere Anschlüsse 127 für Zubehör vorgesehen. Außerdem sind eine Datenschnittstelle 129, z.B. gemäß dem RS485-Standard, und ein Stromversorgungsanschluss 131 am Elektronikgehäuse 123 angeordnet.
  • Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.
  • Am Gehäuse 119 der Turbomolekularpumpe 111 ist ein Fluteinlass 133, insbesondere in Form eines Flutventils, vorgesehen, über den die Vakuumpumpe 111 geflutet werden kann. Im Bereich des Unterteils 121 ist ferner noch ein Sperrgasanschluss 135, der auch als Spülgasanschluss bezeichnet wird, angeordnet, über welchen Spülgas zum Schutz des Elektromotors 125 (siehe z.B. Fig. 3) vor dem von der Pumpe geförderten Gas in den Motorraum 137, in welchem der Elektromotor 125 in der Vakuumpumpe 111 untergebracht ist, eingelassen werden kann. Im Unterteil 121 sind ferner noch zwei Kühlmittelanschlüsse 139 angeordnet, wobei einer der Kühlmittelanschlüsse als Einlass und der andere Kühlmittelanschluss als Auslass für Kühlmittel vorgesehen ist, das zu Kühlzwecken in die Vakuumpumpe geleitet werden kann. Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) werden ausschließlich mit Luftkühlung betrieben.
  • Die untere Seite 141 der Vakuumpumpe kann als Standfläche dienen, sodass die Vakuumpumpe 111 auf der Unterseite 141 stehend betrieben werden kann. Die Vakuumpumpe 111 kann aber auch über den Einlassflansch 113 an einem Rezipienten befestigt werden und somit gewissermaßen hängend betrieben werden. Außerdem kann die Vakuumpumpe 111 so gestaltet sein, dass sie auch in Betrieb genommen werden kann, wenn sie auf andere Weise ausgerichtet ist als in Fig. 1 gezeigt ist. Es lassen sich auch Ausführungsformen der Vakuumpumpe realisieren, bei der die Unterseite 141 nicht nach unten, sondern zur Seite gewandt oder nach oben gerichtet angeordnet werden kann. Grundsätzlich sind dabei beliebige Winkel möglich.
  • Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.
  • An der Unterseite 141, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind noch diverse Schrauben 143 angeordnet, mittels denen hier nicht weiter spezifizierte Bauteile der Vakuumpumpe aneinander befestigt sind. Beispielsweise ist ein Lagerdeckel 145 an der Unterseite 141 befestigt.
  • An der Unterseite 141 sind außerdem Befestigungsbohrungen 147 angeordnet, über welche die Pumpe 111 beispielsweise an einer Auflagefläche befestigt werden kann. Dies ist bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, nicht möglich.
  • In den Fig. 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.
  • Wie die Schnittdarstellungen der Fig. 3 bis 5 zeigen, umfasst die Vakuumpumpe mehrere Prozessgaspumpstufen zur Förderung des an dem Pumpeneinlass 115 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass 117.
  • In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist.
  • Die Turbomolekularpumpe 111 umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen mit mehreren an der Rotorwelle 153 befestigten radialen Rotorscheiben 155 und zwischen den Rotorscheiben 155 angeordneten und in dem Gehäuse 119 festgelegten Statorscheiben 157. Dabei bilden eine Rotorscheibe 155 und eine benachbarte Statorscheibe 157 jeweils eine turbomolekulare Pumpstufe. Die Statorscheiben 157 sind durch Abstandsringe 159 in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
  • Die Vakuumpumpe umfasst außerdem in radialer Richtung ineinander angeordnete und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweck-Pumpstufen. Es existieren andere Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die keine Holweck-Pumpstufen aufweisen.
  • Der Rotor der Holweck-Pumpstufen umfasst eine an der Rotorwelle 153 angeordnete Rotornabe 161 und zwei an der Rotornabe 161 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige Holweck-Rotorhülsen 163, 165, die koaxial zur Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung ineinander geschachtelt sind.
  • Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweck-Statorhülsen 167, 169 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 151 orientiert und in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelt sind.
  • Die pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Pumpstufen sind durch die Mantelflächen, also durch die radialen Innen- und/oder Außenflächen, der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und der Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 167 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 171 gegenüber und bildet mit dieser die der Turbomolekularpumpen nachfolgende erste Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 173 gegenüber und bildet mit dieser eine zweite Holweck-Pumpstufe. Die radiale Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 169 liegt der radialen Außenfläche der inneren Holweck-Rotorhülse 165 unter Ausbildung eines radialen Holweck-Spalts 175 gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweck-Pumpstufe.
  • Am unteren Ende der Holweck-Rotorhülse 163 kann ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der radial außenliegende Holweck-Spalt 171 mit dem mittleren Holweck-Spalt 173 verbunden ist. Außerdem kann am oberen Ende der inneren Holweck-Statorhülse 169 ein radial verlaufender Kanal vorgesehen sein, über den der mittlere Holweck-Spalt 173 mit dem radial innenliegenden Holweck-Spalt 175 verbunden ist. Dadurch werden die ineinander geschachtelten Holweck-Pumpstufen in Serie miteinander geschaltet. Am unteren Ende der radial innenliegenden Holweck-Rotorhülse 165 kann ferner ein Verbindungskanal 179 zum Auslass 117 vorgesehen sein.
  • Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweck-Statorhülsen 167, 169 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse 151 herum in axialer Richtung verlaufende Holweck-Nuten auf, während die gegenüberliegenden Mantelflächen der Holweck-Rotorhülsen 163, 165 glatt ausgebildet sind und das Gas zum Betrieb der Vakuumpumpe 111 in den Holweck-Nuten vorantreiben.
  • Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 153 sind ein Wälzlager 181 im Bereich des Pumpenauslasses 117 und ein Permanentmagnetlager 183 im Bereich des Pumpeneinlasses 115 vorgesehen.
  • Im Bereich des Wälzlagers 181 ist an der Rotorwelle 153 eine konische Spritzmutter 185 mit einem zu dem Wälzlager 181 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die Spritzmutter 185 steht mit mindestens einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers in gleitendem Kontakt. Bei anderen existierenden Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt) kann anstelle einer Spritzmutter eine Spritzschraube vorgesehen sein. Da somit unterschiedliche Ausführungen möglich sind, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Spritzspitze" verwendet.
  • Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.
  • Im Betrieb der Vakuumpumpe 111 wird das Betriebsmittel durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die rotierende Spritzmutter 185 übertragen und in Folge der Zentrifugalkraft entlang der Spritzmutter 185 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter 185 zu dem Wälzlager 181 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt. Das Wälzlager 181 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz 189 und den Lagerdeckel 145 in der Vakuumpumpe eingefasst.
  • Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 201 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.
  • Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 215 vorgesehen, welches im normalen Betrieb der Vakuumpumpe 111 ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen radialen Auslenkung des Rotors 149 relativ zu dem Stator in Eingriff gelangt, um einen radialen Anschlag für den Rotor 149 zu bilden, damit eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert wird. Das Fanglager 215 ist als ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 149 und/oder dem Stator einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 215 im normalen Pumpbetrieb außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 215 in Eingriff gelangt, ist groß genug bemessen, sodass das Fanglager 215 im normalen Betrieb der Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, sodass eine Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen Umständen verhindert wird.
  • Die Vakuumpumpe 111 umfasst den Elektromotor 125 zum drehenden Antreiben des Rotors 149. Der Anker des Elektromotors 125 ist durch den Rotor 149 gebildet, dessen Rotorwelle 153 sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckt. Auf den sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 153 kann radial außenseitig oder eingebettet eine Permanentmagnetanordnung angeordnet sein. Zwischen dem Motorstator 217 und dem sich durch den Motorstator 217 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 149 ist ein Zwischenraum 219 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator 217 und die Permanentmagnetanordnung zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch beeinflussen können.
  • Der Motorstator 217 ist in dem Gehäuse innerhalb des für den Elektromotor 125 vorgesehenen Motorraums 137 festgelegt. Über den Sperrgasanschluss 135 kann ein Sperrgas, das auch als Spülgas bezeichnet wird, und bei dem es sich beispielsweise um Luft oder um Stickstoff handeln kann, in den Motorraum 137 gelangen. Über das Sperrgas kann der Elektromotor 125 vor Prozessgas, z.B. vor korrosiv wirkenden Anteilen des Prozessgases, geschützt werden. Der Motorraum 137 kann auch über den Pumpenauslass 117 evakuiert werden, d.h. im Motorraum 137 herrscht zumindest annäherungsweise der von der am Pumpenauslass 117 angeschlossenen Vorvakuumpumpe bewirkte Vakuumdruck.
  • Zwischen der Rotornabe 161 und einer den Motorraum 137 begrenzenden Wandung 221 kann außerdem eine sog. und an sich bekannte Labyrinthdichtung 223 vorgesehen sein, insbesondere um eine bessere Abdichtung des Motorraums 217 gegenüber den radial außerhalb liegenden Holweck-Pumpstufen zu erreichen.
  • Die vorstehend beschriebene Pumpe ist mit zumindest einem erfindungsgemäßen Statorbauteil ausgestattet, das in einer Pumpstufe pumpwirksam mit einem Rotor zusammenwirkt und das die in einem der unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale aufweist, insbesondere in einem Holweckstator einer Holweck-Pumpstufe und/oder in einem Distanzring einer Turbomolekularstufe. Vorteilhaft kann die Pumpe mit mehreren erfindungsgemäßen Statorbauteilen, insbesondere mehreren Holweckstatoren in Holweck-Pumpstufen und/oder mehreren Distanzringen in Turbopumpstufen, ausgestattet werden. Besonders vorteilhaft sind alle Statorbauteile, die in Pumpstufen pumpwirksam mit einem Rotor zusammenwirken, insbesondere alle Holweckstatoren aller Holweck-Pumpstufen und/oder alle Distanzringe aller Turbomolekularstufen, der vorstehend beschriebenen Pumpe erfindungsgemäß ausgebildete Statorbauteile.
  • Die Fig. 6a und 6b zeigen eine Gegenüberstellung schematischer Querschnittsansichten zweier unterschiedlich ausgebildeter Holwecksysteme. Die an den im Betrieb um eine Achse 51 rotierenden Rotorwellen 53 angeordneten Rotornaben 61 und die an den Rotornaben 61 befestigten zylindermantelförmigen, in radialer Richtung ineinander geschachtelten Holweck-Rotorhülsen 63, 65 sind in den Holwecksystemen von Fig. 6a und Fig. 6b gleich und können jeweils auf herkömmliche Weise ausgebildet sein. Jedoch unterscheiden sich die ebenfalls in radialer Richtung gesehen ineinander geschachtelten, zylindermantelförmigen Holweck-Statorhülsen 67, 69 bzw. 68, 70 voneinander.
  • Das in Fig. 6a gezeigte System enthält herkömmliche Holweck-Statorhülsen 67, 69, die nirgends einen erhöhten thermischen Emissionsgrad aufweisen.
  • Das in Fig. 6b gezeigte System enthält hingegen Holweck-Statorhülsen 68, 70 gemäß der vorliegenden Erfindung, deren gepunktet dargestellte Oberflächen einen gegenüber den herkömmlichen Hülsen 67, 69 erhöhten thermischen Emissionsgrad aufweisen und somit eine verbesserte Wärmeabfuhr bewirken. Dies trifft in Fig. 6b sowohl auf die radialen Innen- und Außenflächen der inneren Holweck-Statorhülse 70 als auch auf die radiale Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 68 zu.
  • Im Einzelnen umfassen die Oberflächen mit erhöhtem thermischem Emissionsgrad dabei die Oberflächen der Stege 681, einschließlich derjenigen der jeweiligen Stegspitzen 683, und der jeweils zwischen den Stegen 681 befindlichen Nuten 685 an der radialen Innenfläche der äußeren Holweck-Statorhülse 68, außerdem die Oberflächen der Stege 701, 702, einschließlich derjenigen der Stegspitzen 703, 704, und der Nuten 705, 706 an der radialen Außenfläche und der radialen Innenfläche der inneren Holweck-Statorhülse 70, sowie diejenigen kanalseitigen Statoroberflächen 721, 741, 761, welche die Kanäle 72, 74, 76 bilden. Der radial verlaufende Kanal 72 verbindet den ersten Holweck-Spalt 71 mit dem zweiten Holweck-Spalt 73 und wird auf einer Seite durch das untere Ende 631 der äußeren Holweck-Rotorhülse 63, auf der anderen Seite durch eine kanalseitige Statoroberfläche 721 begrenzt. Der radial verlaufende Kanal 74 verbindet den zweiten Holweck-Spalt 73 mit dem dritten Holweck-Spalt 75 und wird auf einer Seite durch die Rotornabe 61, auf der anderen Seite durch die Oberfläche 741 am oberen Ende der inneren Statorhülse 70 begrenzt. Der radial verlaufende Kanal 76 verbindet den dritten Holweck-Spalt 75 mit einem (nicht gezeigten) Auslass und wird auf einer Seite durch das untere Ende der inneren Holweck-Rotorhülse 65, auf der anderen Seite durch die kanalseitige Statoroberfläche 761 begrenzt.
  • In der in Fig. 6b gezeigten Ausführungsform weist in jeder der drei Holweck-Pumpstufen die der Rotoroberfläche gegenüberliegende Statoroberfläche jeweils in ihrer Gesamtheit einen erhöhten thermischen Emissionsgrad auf, so dass jeweils über den gesamten Holweck-Spalt 71, 73, 75 hinweg ein gesteigerter Wärmetransport durch Wärmestrahlung vom Rotor zum Stator erfolgt.
  • Wie ebenfalls aus der Fig. 6b ersichtlich, weist die äußere Mantelfläche 689 der äußeren Statorhülse 68 jedoch keinen erhöhten thermischen Emissionsgrad auf. Ein solcher ist an dieser Stelle nicht erforderlich, da die äußere Oberfläche 689 der Einpassung in das (nicht gezeigte) Pumpengehäuse dient. Es befindet sich hier also im Betriebszustand der Pumpe kein Spalt, über den hinweg ein Wärmetransport über Strahlung erfolgen müsste, sondern die Wärmeübertragung erfolgt direkt von der äußeren Manteloberfläche 689 an ein (nicht gezeigtes), unmittelbar daran anliegendes Gehäuseteil.
  • Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung auch andere Ausführungsformen möglich sind, die von der in Fig. 6b schematisch gezeigten Konfiguration des Holwecksystems abweichen. Insbesondere ist es möglich, dass nicht alle Statoroberflächen, die in Fig. 6b gepunktet dargestellt sind, sondern nur ein Teil dieser Flächen einen erhöhten thermischen Emissionsgrad aufweist.
  • Beispielsweise kann es von Vorteil sein, wenn - neben den Kontaktflächen des Statorbauteils zu anderen Bauteilen der Pumpe - auch die Stegspitzen 681, 701, 704 und/oder die kanalseitigen Holweck-Stator-Oberflächen 721, 741, 761 zur Gänze oder in Teilen nicht mit einem erhöhten thermischen Emissionsgrad ausgebildet sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der erhöhte thermische Emissionsgrad durch eine hohe Rauigkeit erzielt werden soll, was der zur Bildung eines schmalen Holweck-Spalts 71, 73, 75 bzw. Kanals 72, 74, 76 zwischen Rotor und Stator erforderlichen hohen Maßgenauigkeit abträglich sein könnte. Die Erhöhung des thermischen Emissionsgrads kann dann insbesondere auf diejenigen Flächen des Statorbauteils beschränkt bleiben, bei denen die Anforderungen an die Maßgenauigkeit geringer sind, beispielsweise die Oberflächen der Nuten 685, 705, 706 der Holweck-Statorhülsen 68, 70.
  • Die Fig. 7 und 8 zeigen eine derartige Ausführungsform. Dargestellt ist ein Holweckbereich einer Turbomolekularpumpe, in dem die Nuten 685, 705, 706 der inneren und äußeren Holweck-Statorhülsen 68, 70 eine fertigungsbedingt raue Oberfläche aufweisen. Fig. 8 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Holweckbereichs der Fig. 7 am unteren Ende der Holweck-Statorhülsen.
  • Die Unregelmäßigkeiten der Nutenoberflächen sind in den Fig. 7 und 8 zur besseren Veranschaulichung stark übertrieben und nicht maßstabsgetreu dargestellt. In dieser Ausführungsform weisen nur die Oberflächen der Nuten 685, 705, 706 eine fertigungsbedingt hohe Rauigkeit und damit einhergehend einen hohen thermischen Emissionsgrad auf. Alle übrigen Oberflächen der in Fig. 7 und 8 gezeigten Statorbauteile, also u.a. die Stegspitzen 683, 703, 704 der inneren und äußeren Holweck-Statorhülsen 68, 70 und die Kontaktflächen der Statorbauteile zu anderen Pumpenteilen, z.B. die äußere Mantelfläche 689 der äußeren Holweck-Statorhülse 68, sind hingegen durch spanende Nachbearbeitung glatt ausgebildet, um die geforderten Toleranzen einhalten zu können und an den Kontaktflächen eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.
  • Wie jedoch insbesondere anhand der Fig. 7 erkennbar ist, wird in den Holweck-Stufen der weitaus größte Anteil an der den Rotorhülsen gegenüberliegenden Statoroberfläche nicht von den Stegspitzen 683, 703, 704, sondern von den Nuten 685, 705, 706 eingenommen. Die spanende Nachbearbeitung relativ kleiner Flächenanteile, wie z.B. der Stegspitzen 683, 703, 704, kann daher keine wesentliche Beeinträchtigung der Wärmestrahlung vom Rotor zum Stator bewirken. Die unterschiedlich ausgebildeten Oberflächen der Holweck-Statorhülsen ergänzen sich in optimaler Weise, um eine bestmögliche Wärmeabfuhr vom Rotor zum Stator (über die rauen Nuten 685, 705, 706) und anschließend vom Stator zum Gehäuse (über die glatte Mantelfläche 689) zu erreichen.
  • Fig. 9 zeigt mehrere in Serie geschaltete Turbopumpstufen, die jeweils aus einer an der Rotorwelle 53 befestigten Rotorscheibe 55 und einer zu dieser benachbarten Statorscheibe 57 gebildet sind, wobei die Statorscheiben 57 durch Distanzringe 59 axial voneinander beabstandet sind. Fig. 10 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Distanzring 59 aus der Fig. 9.
  • Entlang des Innendurchmessers jedes Distanzringes 59 liegt einer Rotorscheibe 55 jeweils eine Innendurchmesseroberfläche 591 des Distanzringes 59 gegenüber. Der Abstand zwischen den radial äußeren Enden der Rotorscheiben 55 und den Innendurchmesseroberflächen 591 der Distanzringe 59 ist dabei so groß, dass es toleranzbedingt möglich ist, Distanzringe 59 einzusetzen, bei denen die ganze Innendurchmesseroberfläche 591 nach dem Urformen nicht spanend nachbearbeitet worden ist. Die ganze Innendurchmesseroberfläche 591 des Distanzrings 59 ist daher unbearbeitet, so dass sie eine fertigungsbedingt hohe Rauigkeit und damit einhergehend einen hohen thermischen Emissionsgrad aufweist. Da dies, wie in Fig. 9 gezeigt, auf alle eingesetzten Distanzringe 59 zutrifft, wird so der Wärmetransport durch Strahlung vom Rotor zum Stator in allen Turbomolekular-Pumpstufen der Pumpe maximiert.
  • Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 10 ersichtlich ist, sind bei den Distanzringen 59 die Kontaktflächen 599 zu benachbarten Distanzringen 59, Statorscheiben 57 und dem Gehäuse 19 durch spanende Nachbearbeitung glatt ausgebildet, um die geforderte Passung zu erzielen und eine gute Wärmeübertragung, insbesondere zum Gehäuse, zu gewährleisten. Der überwiegende Anteil der Flächen, die den Rotorscheiben 55 unmittelbar gegenüberliegen und somit die von diesen emittierte Wärmestrahlung absorbieren können, wird hingegen, wie aus Fig. 9 ersichtlich, von Oberflächen 591 mit hohem Emissionsgrad eingenommen. Die unterschiedlich ausgebildeten Oberflächen der Distanzringe 59 ergänzen sich also in optimaler Weise, um eine bestmögliche Wärmeabfuhr vom Rotor zum Stator (über die raue Innendurchmesseroberfläche 591) und anschließend vom Stator zum Gehäuse (über die glatte Kontaktfläche 599) zu erreichen.
  • Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der eine den Motorraum 37 der Pumpe begrenzende Wandung 22 als Statorbauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die in Fig. 11 gepunktet dargestellte, der inneren Holweck-Rotorhülse 65 zugewandte Oberfläche 23 der Wandung 22 weist einen gegenüber einer herkömmlichen Wandung erhöhten thermischen Emissionsgrad auf. Dadurch bewirkt sie eine gesteigerte Wärmeabfuhr vom Rotor durch Strahlung über den Spalt 24 hinweg, der die innere Holweck-Rotorhülse 65 von der Wandung 22 trennt.
  • Es versteht sich, dass die in den Fig. 6 bis 11 gezeigten Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden können. Es ist also beispielsweise möglich, und aufgrund der sich daraus ergebenden verbesserten Wärmeabfuhr durchaus vorteilhaft, innerhalb einer Turbomolekularpumpe eine oder mehrere Holweck-Statorhülsen 68, 70 wie in den Fig. 6b, 7 oder 8 gezeigt, einen oder mehrere Distanzringe 59 wie in den Fig. 9 oder 10 gezeigt, und/oder eine oder mehrere Wandungen 22 wie in Fig. 11 gezeigt, zusammen einzubauen und gleichzeitig zu verwenden.
    • Bezugszeichenliste
    • 22
    Wandung
    23
    Oberfläche
    24
    Spalt
    37
    Motorraum
    51
    Rotationsachse
    53
    Rotorwelle
    55
    Rotorscheibe
    57
    Statorscheibe
    59
    Distanzring
    61
    Rotornabe
    63
    äußere Holweck-Rotorhülse
    65
    innere Holweck-Rotorhülse
    67
    äußere Holweck-Statorhülse
    68
    äußere Holweck-Statorhülse
    69
    innere Holweck-Statorhülse
    70
    innere Holweck-Statorhülse
    71
    Holweck-Spalt
    72
    Kanal
    73
    Holweck-Spalt
    74
    Kanal
    75
    Holweck-Spalt
    76
    Kanal
    111
    Turbomolekularpumpe
    113
    Einlassflansch
    115
    Pumpeneinlass
    117
    Pumpenauslass
    119
    Gehäuse
    121
    Unterteil
    123
    Elektronikgehäuse
    125
    Elektromotor
    127
    Zubehöranschluss
    129
    Datenschnittstelle
    131
    Stromversorgungsanschluss
    133
    Fluteinlass
    135
    Sperrgasanschluss
    137
    Motorraum
    139
    Kühlmittelanschluss
    141
    Unterseite
    143
    Schraube
    145
    Lagerdeckel
    147
    Befestigungsbohrung
    148
    Kühlmittelleitung
    149
    Rotor
    151
    Rotationsachse
    153
    Rotorwelle
    155
    Rotorscheibe
    157
    Statorscheibe
    159
    Abstandsring
    161
    Rotornabe
    163
    Holweck-Rotorhülse
    165
    Holweck-Rotorhülse
    167
    Holweck-Statorhülse
    169
    Holweck-Statorhülse
    171
    Holweck-Spalt
    173
    Holweck-Spalt
    175
    Holweck-Spalt
    179
    Verbindungskanal
    181
    Wälzlager
    183
    Permanentmagnetlager
    185
    Spritzmutter
    187
    Scheibe
    189
    Einsatz
    191
    rotorseitige Lagerhälfte
    193
    statorseitige Lagerhälfte
    195
    Ringmagnet
    197
    Ringmagnet
    199
    Lagerspalt
    201
    Trägerabschnitt
    203
    Trägerabschnitt
    205
    radiale Strebe
    207
    Deckelelement
    209
    Stützring
    211
    Befestigungsring
    213
    Tellerfeder
    215
    Not- bzw. Fanglager
    217
    Motorstator
    219
    Zwischenraum
    221
    Wandung
    223
    Labyrinthdichtung
    591
    Innendurchmesseroberfläche
    681
    Steg
    683
    Stegspitze
    685
    Nut
    701
    Steg
    702
    Steg
    703
    Stegspitze
    704
    Stegspitze
    705
    Nut
    706
    Nut
    721
    kanalseitige Statoroberfläche
    741
    kanalseitige Statoroberfläche
    761
    kanalseitige Statoroberfläche

Claims (15)

  1. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil mit einer Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, und
    wobei der zweite Anteil der Oberfläche unbeschichtet ist und einen thermischen Emissionsgrad ε von mindestens 0,25, bevorzugt mindestens 0,3, bei 50°C aufweist.
  2. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil mit einer Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, und
    wobei der zweite Anteil der Oberfläche eine fertigungsbedingte, nicht durch trennende Nachbearbeitung oder durch Beschichten veränderte Oberflächenbeschaffenheit besitzt.
  3. Vakuumpumpe nach Anspruch 2,
    wobei die fertigungsbedingte Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Anteils der Oberfläche eine Rauigkeit, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr liegt, ausgedrückt als mittlere Rautiefe Rz gemäß DIN EN ISO 4287:2010-07, und/oder eine Farbgebung ist, insbesondere wobei die Farbgebung durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial erhalten worden ist.
  4. Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst,
    wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil mit einer Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, und
    wobei der zweite Anteil der Oberfläche unbeschichtet ist, und
    wobei der zweite Anteil der Oberfläche eine fertigungsbedingte Rauigkeit, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr liegt, ausgedrückt als mittlere Rautiefe Rz gemäß DIN EN ISO 4287:2010-07, und/oder eine Farbgebung besitzt, insbesondere wobei die Farbgebung durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial erhalten worden ist.
  5. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei der erste Anteil der Oberfläche einer Nachbearbeitung unterzogen worden ist, insbesondere einer Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere einer spanenden Bearbeitung.
  6. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei der erste Anteil der Oberfläche im zusammengesetzten Zustand der Pumpstufe zumindest bereichsweise eine Kontakt-, Pass- oder Maßfläche relativ zu einem oder mehreren anderen Bauteilen der Vakuumpumpe bildet.
  7. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei das Statorbauteil ein Holweckstator einer Holweck-Pumpstufe oder ein Distanzring einer Turbopumpstufe ist.
  8. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei das Statorbauteil durch ein Gießverfahren, ein Sinterverfahren oder ein additives Verfahren gefertigt ist.
  9. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei das Statorbauteil durch ein Verfahren nach einem der nachfolgenden Ansprüche erhalten oder erhältlich ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Statorbauteils für einen Stator einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, die ein Gehäuse und zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpstufe aufweist, die den Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei das Statorbauteil eine Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, wobei bei dem Verfahren das Statorbauteil durch Urformen, insbesondere Gießen, Sintern oder ein additives Verfahren, gefertigt wird, und wobei anschließend der erste Anteil der Oberfläche einer Nachbearbeitung, insbesondere einer Nachbearbeitung durch Trennen, insbesondere einer spanenden Bearbeitung, unterzogen und insbesondere der zweite Anteil der Oberfläche unbearbeitet belassen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    wobei durch das Urformen die Oberfläche des Statorbauteils und/oder durch eine Nachbearbeitung der zweite Anteil der Oberfläche eine Rauigkeit erhält, die im Bereich von 3 µm oder mehr, bevorzugt 5 µm oder mehr, bevorzugter 10 µm oder mehr liegt, ausgedrückt als mittlere Rautiefe Rz gemäß DIN EN ISO 4287:2010-07.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Statorbauteils für einen Stator einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, die ein Gehäuse und zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpstufe aufweist, die den Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei das Statorbauteil eine Oberfläche aufweist, die einen ersten Anteil und einen von dem ersten Anteil verschiedenen zweiten Anteil aufweist, wobei bei dem Verfahren der zweite Anteil der Oberfläche mit einer Farbgebung versehen wird, insbesondere durch Zugabe zumindest eines farbgebenden Mittels zu wenigstens einem bei der Fertigung des Statorbauteils verwendeten Ausgangsmaterial.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    wobei das Statorbauteil durch ein Gießverfahren, ein Sinterverfahren oder ein additives Verfahren gefertigt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    wobei der erste Anteil der Oberfläche zumindest bereichsweise zu einer Kontakt-, Pass- oder Maßfläche relativ zu einem oder mehreren anderen Bauteilen der Vakuumpumpe gearbeitet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Statorbauteil ein Holweckstator einer Holweck-Pumpstufe oder ein Distanzring einer Turbopumpstufe ist.
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