EP4782697A1

EP4782697A1 - Vakuumpumpe und verfahren zum wuchten eines rotors einer vakuumpumpe

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Publication number: EP4782697A1
Application number: EP26181357.0A
Authority: EP
Inventors: Erfindernennung liegt noch nicht vor Die
Original assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 2026-05-27
Filing date: 2026-05-27
Publication date: 2026-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit
- einem Einlass,
- einem Auslass,
- einem in einer Pumprichtung vom Einlass zum Auslass wirksamen Pumpsystem, das einen Rotorelemente umfassenden Rotor und mit den Rotorelementen während des Betriebs pumpwirksam zusammenwirkende Statorelemente aufweist, und einen elektrischen Antriebsmotor, der den Rotor im Betrieb in Drehung um eine Drehachse versetzt,
wobei zumindest ein fest an dem Rotor angeordnetes, separates Wuchtelement vorgesehen ist, das einen aus einem Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich umfasst und das für ein Beseitigen einer Unwucht des Rotors durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich vorgesehen ist, wobei der Wuchtbereich und/oder das Wuchtelement - in einer axialen Sicht - kreis- oder ringförmig ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, mit einem Einlass, einem Auslass und einem in einer Pumprichtung vom Einlass zum Auslass wirksamen Pumpsystem. Das Pumpsystem weist einen Rotorelemente umfassenden Rotor und mit den Rotorelementen während des Betriebs pumpwirksam zusammenwirkende Statorelemente auf. Ferner weist das Pumpsystem einen elektrischen Antriebsmotor auf, der den Rotor im Betrieb in Drehung um eine Drehachse versetzt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Wuchten eines Rotors einer Vakuumpumpe.
Bei Vakuumpumpen und insbesondere Turbomolekularpumpen handelt es sich hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise um grundsätzlich bekannte Vorrichtungen, die vielseitig einsetzbar sind und in unterschiedlichen Anwendungen und Umgebungen in Industrie und Wissenschaft Verwendung finden.
Vakuumpumpen können zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer verwendet werden, wofür die Vakuumkammer an einem Einlass der Vakuumpumpe angeschlossen wird. Je nach Ausführungsform der Vakuumpumpe kann der in der Vakuumkammer erzeugte Zieldruck viele Größenordnungen unter dem herrschenden Atmosphärendruck liegen.
Einige Vakuumpumpen nutzen zur Erzeugung des Vakuums einen Rotor mit pumpaktiven Rotorelementen, der mit hoher Geschwindigkeit um eine Drehachse dreht. Um eine effektive Vakuumerzeugung zu gewährleisten und Beschädigungen und Vibrationen während des Drehens zu vermeiden, müssen derartige Rotoren eine möglichst geringe Unwucht aufweisen. Zu diesem Zweck werden Rotoren üblicherweise individuell ausgewuchtet.
Ein auszuwuchtender Rotor einer Vakuumpumpe weist häufig eine komplexe Form auf, musste jedoch meist an vielen Stellen der komplexen Form bearbeitet werden, damit die Unwucht zuverlässig minimiert wird und damit die Vakuumpumpe zuverlässig und langlebig bei hohen Drehzahlen arbeiten kann. Auch ist eine hohe Präzision der Bearbeitung erforderlich, um eine minimale Restunwucht zu erreichen.
Zu diesem Zweck ist es im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, an geeigneten Stellen Material des Rotors abzutragen. Das Abtragen kann durch verschiedene Abtragverfahren erfolgen, beispielsweise durch Bohren, Fräsen, Schleifen oder per Laser. Eine Materialabtragung mittels Laser wird auch als Laserablation bezeichnet. Dabei wird das Material lokal so stark erhitzt, dass ein Schmelzaustrieb mit Verdampfen und/oder Sublimation eintritt. Dieser Prozess belastet den Rotor und hat sich insbesondere bei Rotoren als nicht unproblematisch erwiesen, die aus korrosionsanfälligem Material, wie beispielsweise Aluminium, gefertigt sind. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit werden solche Rotoren üblicherweise mit einer Beschichtung versehen. Wird eine solche Beschichtung allerdings vor dem Wuchten aufgetragen, führt das Wuchten zu einem teilweisen Abtragen der Beschichtung und verursacht daher korrosionsanfällige Bereiche. Wird die Beschichtung hingegen erst nach dem Wuchten aufgebracht, kann dies an dem bereits ausgewuchteten Rotor wieder eine Unwucht verursachen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe zu schaffen, dessen Rotor sich auf einfache Weise zuverlässig Wuchten lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist zumindest ein fest an dem Rotor angeordnetes, separates Wuchtelement vorgesehen. Das Wuchtelement umfasst einen aus einem Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich und ist für ein Beseitigen einer Unwucht des Rotors durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich vorgesehen. Der Wuchtbereich und/oder das Wuchtelement ist - in einer axialen Sicht (also in einer Sicht entlang der Drehachse) - kreis- oder ringförmig ausgestaltet. Der Wuchtbereich und/oder das Wuchtelement sind also in Umfangsrichtung um die Drehachse geschlossen. Bevorzugt sind der Wuchtbereich und/oder das Wuchtelement vor dem Wuchten rotationssymmetrisch ausgestaltet.
Bei dem Wuchtelement handelt es sich also um ein zusätzliches, an dem Rotor angeordnetes und fest mit dem Rotor verbundenes Bauteil, das im Betrieb gemeinsam mit dem Rotor in Drehung um die Drehachse versetzbar ist. Die kreis- oder ringförmige Ausgestaltung des Wuchtbereichs und/oder des Wuchtelements vermeidet in diesem Zusammenhang das Auftreten punktueller Fliehkräfte. Die Fliehkräfte werden durch die ringförmige Ausgestaltung des Wuchtbereichs und/oder das Wuchtelements durch tangentiale Kräfte oder Spannungen aufgefangen.
Das Wuchtmaterial kann gemäß den Anforderungen ausgewählt werden und eignet sich somit insbesondere für das für den Rotor vorgesehene Abtragverfahren. Beispielsweise weist ein für ein Laserwuchten vorgesehenes Wuchtelement ein Wuchtmaterial auf, das für eine Laserablation gut geeignet ist und somit ein definiertes Abtragen von Wuchtmaterial erlaubt, beispielsweise ein homogenes Wuchtmaterial mit einem geeigneten Schmelzpunkt. Es kann auch die Dichte des Wuchtmaterials in Abhängigkeit einer zu beseitigenden Unwucht gewählt werden und/oder als Wuchtmaterial wird ein chemisch besonders beständiges Material gewählt. Das Wuchtelement ermöglicht es folglich, dass an geeigneter Stelle des Rotors ein für das Abtragen von Wuchtmaterial optimal ausgebildeter Wuchtbereich angeordnet ist.
Insbesondere handelt es sich bei der Vakuumpumpe um eine Turbomolekularpumpe. Die Turbomolekularpumpe kann zumindest eine Turbomolekularpumpstufe aufweisen. Insbesondere weist die Turbomolekularpumpe zumindest eine Turbomolekularpumpe und eine zumindest eine Holweck-Pumpstufe auf, die der Turbomolekularpumpstufe in Pumprichtung nachgeordnet ist.
Der Begriff "Rotor" umfasst in der vorliegenden Offenbarung um die Drehachse drehbaren Komponenten des Pumpsystems. Beispielsweise umfasst der Rotor zumindest einen Teil der, insbesondere alle pumpaktiven Rotorelemente des Pumpsystems und eine diese Elemente tragende Welle, mittels derer der Rotor drehbar gelagert ist.
Der Rotor kann einen Rotorkopf umfassen, an dem die Rotorelemente angeordnet sind. Die oder einige Rotorelemente können fest mit dem Rotorkopf verbunden sein und insbesondere einstückig mit dem Rotorkopf ausgebildet sein. Die oder einige Rotorelemente können auch ein von dem Rotorkopf verschiedenes Grundmaterial aufweisen und insbesondere lösbar mit dem Rotorkopf verbunden sein.
Der Rotorkopf und die Rotorwelle können lösbar miteinander verbunden sein. Alternativ können der Rotorkopf und die Rotorwelle fest miteinander verbunden und insbesondere einstückig ausgebildet sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen befinden sich sowohl einlassseitig als auch auslassseitig des Rotorkopfes Lagerungen für die Rotorwelle. In einer alternativen Ausführungsform ist die Rotorwelle in axialer Richtung ausschließlich auf einer Seite des Rotorkopfes drehbar gelagert. Insbesondere sind die Rotorwelle, die Lagerung für die Rotorwelle und der Antriebsmotor in einem separaten Gehäuse angeordnet, das von dem Rotorkopf und/oder an dem Rotorkopf angeordneten Rotorelementen in axialer und/oder radialer Richtung zumindest teilweise umgeben ist. Ein derartiges Gehäuse und die darin enthaltenen Komponenten werden auch "Spindeleinheit" genannt und sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
Allgemein bezieht sich der Begriff "Unwucht" auf die Summe der bei einer Drehung des Rotors wirkenden Kräfte aufgrund der Fliehkraft einer um die Drehachse unsymmetrisch verteilten Rotormasse. Diese Kräfte werden erfindungsgemäß durch eine gezielte lokale Abtragung von Wuchtmaterial von dem Wuchtelement verringert. Dadurch wird eine die Unwucht erzeugende ungleichmäßige Massenverteilung des Rotors minimiert.
Insbesondere ist das Wuchtelement vollständig aus dem Wuchtmaterial gefertigt. Mit anderen Worten ist das gesamte Wuchtelement als Wuchtbereich ausgebildet. In einer solchen Ausführungsform eignet sich folglich das gesamte Wuchtelement für das Abtragen von Wuchtmaterial.
Beispielsweise kann das Wuchtelement einstückig ausgebildet sein. Dies erlaubt ein mit hoher Präzision drehsymmetrisch ausgebildetes Wuchtelement.
Alternativ zu einem vollständig aus Wuchtmaterial gebildeten Wuchtelement kann das Wuchtelement auch zumindest ein von dem Wuchtmaterial verschiedenes Material umfassen. Bei dem Wuchtmaterial kann es sich aufgrund der besonderen Anforderungen um ein vergleichsweise teures Material handeln, sodass ein nur teilweise aus Wuchtmaterial gebildetes Wuchtelement mit geringeren Produktionskosten einhergeht.
Beispielsweise kann das Wuchtelement einen an dem Wuchtbereich anschließenden Befestigungsbereich umfassen, der zur Befestigung des Wuchtelements an dem Rotor ausgebildet ist. Der Befestigungsbereich kann aus einem von dem Wuchtmaterial verschiedenen Material gebildet sein. Beispielsweise besteht der Befestigungsbereich aus einem Grundmaterial des Rotors.
Der Begriff "Grundmaterial" bezeichnet in der vorliegenden Offenbarung ein Material, aus dem eine entsprechende Komponente in ihrer Grundform gefertigt ist. Eine Komponente kann unabhängig von dem Grundmaterial, aus dem sie gefertigt ist, zusätzlich eine dünne Beschichtung aufweisen, die aus einem von dem Grundmaterial verschiedenen Material gefertigt sein kann.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein radial und/oder axial unmittelbar an das Wuchtelement angrenzender Abschnitt des Rotors aus einem Grundmaterial gefertigt, das von dem Wuchtmaterial verschieden ist. Unmittelbar angrenzend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der entsprechende Abschnitt des Rotors das Wuchtelement zumindest teilweise kontaktiert. Beispielsweise kann das Wuchtelement an dem Abschnitt angebracht sein. Bei dem Abschnitt des Rotors kann es sich beispielsweise um eine Rotornabe, eine Rotorwelle, einen Rotorkopf und/oder pumpaktive Rotorelemente handeln.
Insbesondere können mehrere Abschnitte des Rotors radial und/oder axial unmittelbar an das Wuchtelement angrenzen. Diese können jeweils aus demselben Grundmaterial oder auch aus verschiedenen Grundmaterialien gefertigt sein. Insbesondere ist jeder unmittelbar an das Wuchtelement angrenzende Abschnitt des Rotors aus einem Grundmaterial gefertigt, das von dem Wuchtmaterial verschieden ist.
Bei einer Ausführungsform ist das Wuchtmaterial korrosionsbeständiger als das Grundmaterial und/oder das Wuchtmaterial weist eine höhere Dichte als das Grundmaterial auf. Das Wuchtmaterial kann beispielsweise eine Stahllegierung und/oder eine Nickelbasislegierung sein. Das Grundmaterial kann beispielsweise Aluminium und/oder Kohlefaser sein.
Ein im Vergleich zum Grundmaterial korrosionsbeständigeres Wuchtmaterial bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Wuchtmaterial in einem üblichen Betriebsumfeld der Vakuumpumpe chemisch beständiger ist als das Grundmaterial. Beispielsweise kann eine Korrosionsrate des Wuchtmaterials geringer sein als eine Korrosionsrate des Grundmaterials bei identischen Bedingungen. Ein Wuchtmaterial mit einer gegenüber dem Grundmaterial erhöhten Korrosionsbeständigkeit kann eine Beschichtung des Wuchtelements überflüssig machen und somit insbesondere ermöglichen, das Wuchtelement nachträglich auf einen bereits beschichteten Rotor aufzubringen.
Die Korrosionsbeständigkeit bezieht sich insbesondere auf ein üblicherweise von der Vakuumpumpe zu förderndes Gas. Vakuumpumpen können in speziellen Einsatzzwecken für korrosive Gase eingesetzt werden, woraus sich besonders hohe Anforderungen auf die Korrosionsbeständigkeit ergeben. Bei geeigneter Wahl des Wuchtmaterials eignet sich die erfindungsgemäße Vakuumpumpe insbesondere auch für solche Einsatzzwecke.
Ein Wuchtmaterial mit einer relativ zu dem Grundmaterial höheren Dichte ermöglicht hingegen einen stärkeren Effekt auf die Unwucht des Rotors bei einem gleich starken Materialabtrag verglichen mit dem Grundmaterial. Folglich muss bei einem solchen Wuchtabschnitt nur vergleichsweise wenig Wuchtmaterial abgetragen werden. Das Wuchtmaterial kann aber auch einer relativ zu dem Grundmaterial eine geringere Dichte aufweisen. Dies hat folglich den gegenteiligen Effekt und eignet sich insbesondere für besonders präzises Wuchten.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Wuchtelement scheibenförmig, hülsenförmig oder röhrenförmig ausgebildet. Das Wuchtelement kann scheibenförmig mit oder ohne einer durch den Mittelpunkt der Scheibe verlaufenden Durchgangsöffnung ausgebildet sein. Grundsätzlich sind allgemein rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse ausgebildete Grundformen für das Wuchtelement denkbar. So kann das Wuchtelement auch torusförmig, insbesondere torusförmig mit zumindest einer abgeflachten Seite, sein. Derartige Grundformen des Wuchtelements ermöglichen eine hohe Stabilität des Wuchtelements auch bei hohen Drehzahlen.
Insbesondere kann zumindest ein Abschnitt des Rotors eine Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann eine höhere Korrosionsbeständigkeit als ein Grundmaterial des Abschnitts aufweisen, auf den die Beschichtung aufgebracht ist. Eine solche Beschichtung schützt den Abschnitt des Rotors effektiv vor Korrosion.
Beispielsweise kann das Wuchtmaterial eine zu der Beschichtung vergleichbare Korrosionsbeständigkeit oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit als die Beschichtung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Wuchtelement auf dem beschichteten Abschnitt montiert. Bei solchen Ausführungsformen wird also zunächst der Rotor beschichtet und das Wuchtelement nachträglich auf einem bereits beschichteten Abschnitt des Rotors montiert.
Insbesondere sind der Wuchtabschnitt und/oder das gesamte Wuchtelement unbeschichtet. Beim Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtabschnitt wird folglich keine Beschichtung abgetragen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass das Wuchtelement, insbesondere der Wuchtabschnitt, beschichtet ist. Wird die Beschichtung während des Auswuchtens von dem Wuchtabschnitt abgetragen, verhindert das unter der Beschichtung liegende Wuchtmaterial eine Korrosion.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Wuchtelement lösbar mit dem Rotor verbunden. Das Wuchtelement ist also zumindest ohne Beschädigung des Rotors, insbesondere auch ohne Beschädigung des Wuchtelements und/oder gegebenenfalls vorhandener Verbindungsmittel, von dem Rotor lösbar. Insbesondere ist das Wuchtelement an den Rotor angeschraubt. Dies erlaubt ein Austauschen des Wuchtelements, beispielsweise wenn im Zuge eines Service-Falls ein Nachwuchten des Rotors erforderlich ist. Insbesondere bei einem Abtragen von Wuchtmaterial mittels eines Lasers ist es vorteilhaft, wenn für einen erneuten Wuchtvorgang ein neues Wuchtelement an dem Rotor montiert werden kann. Sonst können gegebenenfalls durch einen vorhergehenden Wuchtvorgang entstandene Vertiefungen in dem Wuchtbereich den erneuten Wuchtvorgang negativ beeinflussen. Grundsätzlich ist als lösbare Verbindung auch ein Verrasten des Wuchtelements mit dem Rotor und/oder ein Klemmen des Wuchtelements möglich.
Es ist aber auch möglich, dass das Wuchtelement nicht ohne weiteres lösbar mit dem Rotor verbunden ist. Beispielsweise ist das Wuchtelement an den Rotor angeschweißt und/oder angelötet und/oder mit dem Rotor verpresst.
Insbesondere weist der Rotor eine Vertiefung, beispielsweise eine Nut, auf, in die das Wuchtelement eingesetzt oder eingepresst ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Wuchtelement an einer Stirnseite, insbesondere einer dem Einlass zugewandten Stirnseite, des Rotors angeordnet. Diese Anordnung erlaubt eine besonders gute Zugänglichkeit des Wuchtelements für das Abtragen von Wuchtmaterial.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wuchtelement in axialer Richtung auslassseitig des Antriebsmotors an dem Rotor angeordnet, insbesondere an der Rotorwelle. Das Wuchtelement kann in axialer Richtung einlassseitig eines auslassseitigen Lagers für den Rotor angeordnet sein. Auch ein solches Wuchtelement ist gut zugänglich und kann für einen Abtrag von Wuchtmaterial aus axialer und/oder radialer Richtung ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das Wuchtelement scheibenförmig ausgebildet sein und eine axiale Bohrung des Rotors verschließen. Ein derart angeordnetes Wuchtelement kann ein ungewolltes Austreten von Gas verringern oder verhindern. Das Wuchtelement kann also abdichtend wirken.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Wuchtelement an einer radialen Außenseite des Rotors angeordnet oder das Wuchtelement ist in einer axialen Bohrung des Rotors angeordnet.
Grundsätzlich weist ein radial weiter außen liegendes Wuchtelement ein größeres Trägheitsmoment auf als ein einen größeren Effekt auf die Unwucht des ein radial weiter innen liegendes Wuchtelement. Bei vergleichbarem Abtrag von Wuchtmaterial wird somit bei einem weiter außen liegenden Wuchtelement ein größerer Effekt erzielt als bei einem weiter innen liegenden Wuchtelement. Ein weiter außen liegendes Wuchtelement ermöglicht somit die Eliminierung größerer Unwuchten.
Bei einer Ausführungsform der Pumpe mit einem Turbomolekularpumpsystem und einem in Pumprichtung dem Turbomolekularpumpsystem nachfolgenden Holweck-Pumpsystem kann das Wuchtelement in axialer Richtung gesehen im Bereich des Turbomolekularpumpsystems und/oder zwischen dem Turbomolekularpumpsystem und dem Holweck-Pumpsystem angeordnet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Rotor ein Holweck-Pumpsystem mit zumindest einer Holweck-Pumpstufe und das Wuchtelement ist an einer Holweck-Hülse der Holweck-Pumpstufe und/oder an einer die Holweck-Hülse tragenden Rotornabe angeordnet. Insbesondere umgibt das Wuchtelement die Holweck-Hülse radial außenseitig. Die Holweck-Hülse kann aus Aluminium oder aus Kohlefaser gefertigt sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest ein weiteres Wuchtelement an dem Rotor angeordnet. Insbesondere weisen die beiden Wuchtelemente unterschiedliche Durchmesser auf. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Wuchtelemente unterschiedliche Wuchtmaterialien aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Wuchten eines Rotors einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Rotor weist eine Drehachse auf, um die der Rotor in einem in der Vakuumpumpe montierten Zustand in Drehung versetzbar ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Fixieren eines Wuchtelements an dem Rotor, das einen aus einem Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich umfasst, wobei der Wuchtbereich in axialer Richtung kreis- oder ringförmig ausgebildet ist,
Ermitteln einer statischen und/oder dynamischen Unwucht des Rotors,
Auswuchten des Rotors durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich, insbesondere wobei das Abtragen mittels eines Lasers erfolgt.

Grundsätzlich kann das Abtragen von Wuchtmaterial aber auch durch andere Abtragverfahren erfolgen, beispielsweise durch Schleifen und/oder Fräsen und/oder Bohren.
Das Abtragverfahren kann abhängig von einer Position des Wuchtelements gewählt werden, beispielsweise weil das Wuchtelement für gewisse Abtragverfahren besser zugänglich ist, als für andere. Bei der Laserablation kann ein Spiegel genutzt werden, um den Laserstrahl auf den Wuchtabschnitt zu richten. Alternativ oder zusätzlich kann ein Abtragverfahren abhängig von einer Beschaffenheit des Wuchtelements gewählt werden, beispielsweise abhängig von dessen Wuchtmaterial und/oder dessen Trägheitsmoment.
Das beschriebene Verfahren und/oder einzelne Schritte davon kann bzw. können mehrfach durchgeführt werden. Beispielsweise wird nach einem ersten Grobwuchten des Rotors eine verbleibende Unwucht ermittelt. Ist die verbleibende Unwucht oberhalb eines Schwellenwerts, kann ein Feinwuchten durchgeführt werden. Das Grob- und/oder Feinwuchten kann wiederholt werden, bis die verbleibende Unwucht den Schwellenwert unterschreitet.
Bei einigen Ausführungsformen wird vor dem Fixieren des Wuchtelements eine Beschichtung auf den Rotor aufgetragen. Indem das Auftragen der Beschichtung vor dem Fixieren des Wuchtelements erfolgt, kann ein Materialübergang zwischen Rotor und Wuchtelement unbeschichtet bleiben. Eine Rissbildung an einer den Materialübergang überspannenden Beschichtung bei Temperaturschwankungen, die beispielsweise während des Betriebs der Vakuumpumpe auftreten können, wird so vermieden.
Insbesondere wird das Auftragen von Beschichtung vor dem Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich abgeschlossen. Es muss also keine (weitere) Beschichtung nach dem Auswuchten des Rotors aufgebracht werden, die nach dem Auswuchten dem Rotor wieder eine Unwucht erzeugen könnte.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Fixieren des Wuchtelements, aber vor dem Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich eine Beschichtung auf den Rotor aufgetragen.
Bei einigen Ausführungsformen wird ein erstes und ein zweites Wuchtelement an dem Rotor montiert. Insbesondere wird Wuchtmaterial von dem ersten Wuchtelement abgetragen, sofern die ermittelte Unwucht oberhalb eines Schwellenwerts liegt und es wird Wuchtmaterial von dem zweiten Wuchtelement abgetragen, sofern die ermittelte Unwucht unterhalb des Schwellenwerts liegt.
Insbesondere ist das Wuchtmaterial des ersten Wuchtelements von dem Wuchtmaterial des zweiten Wuchtelements verschieden. Beispielsweise besitzt das erste Wuchtmaterial eine höhere Dichte und/oder einen größeren Durchmesser als das zweite Wuchtmaterial. So kann sich das erste Wuchtelement besser für ein Grobwuchten und das zweite Wuchtelement besser für ein Feinwuchten eignen.
Wird mehr als ein Wuchtelement an dem Rotor fixiert, kann in Abhängigkeit von der ermittelten Unwucht Wuchtmaterial von einem, mehreren oder allen fixierten Wuchtelementen abgetragen werden, insbesondere mit verschiedenen Abtragverfahren.
Eines oder jedes der zu montierenden Wuchtelemente kann aus einer Auswahl von zumindest zwei in Bezug auf Form und/oder Wuchtmaterial verschiedenen Wuchtelementen in Abhängigkeit eines Parameters gewählt werden. Bei dem Parameter kann es sich beispielsweise um eine zu erzielende Wuchtgenauigkeit, das Abtragverfahren und/oder eine vor dem fixieren eines Wuchtelements ermittelte Initialunwucht handeln.
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: einen Querschnitt einer Turbomolekularpumpe mit daran angeordneten Wuchtelementen,
Fig. 7A und 7B: Querschnittsansichten von Turbomolekularpumpen mit Spindeleinheiten mit verschiedenen Wuchtelementen.

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 Figuren 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 Figuren 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 Absto-βungskräfte 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 Fig. 6 zeigt eine Turbomolekularpumpe 111', die in ihrem Grundaufbau im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Turbomolekularpumpe 111 entspricht. Erfindungsgemäß sind an dem Rotor 149 der Turbomolekularpumpe 111' mehrere Wuchtelemente 37, 39, 41 vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Wuchtelement 37, 39, 41, 42 in axialer Sicht ringförmig ausgestaltet und koaxial zur der Drehachse 151 des Rotors 149 angeordnet. Ferner ist jedes Wuchtelement 37, 39, 41, 42 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und vollständig aus einem Wuchtmaterial gefertigt, das eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist als ein Grundmaterial des Rotors 149.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rotorwelle 153, die Rotornabe 161 und die Rotorscheiben 155 aus Aluminium gefertigt und die Holweck-Rotorhülsen 163, 165 bestehen aus Kohlefaser. Das Wuchtmaterial der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 ist Edelstahl. Grundsätzlich sind aber auch sowohl andere Grundmaterialien des Rotors 149 als auch andere Wuchtmaterialien für die Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 möglich. Das Wuchtmaterial kann für den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein, also korrosionsbeständig gegenüber den zu fördernden Gasen sein.
Ein Auswuchten des Rotors 149 erfolgt durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von einem Wuchtbereich der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42. Da die Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vollständig aus dem Wuchtmaterial gefertigt sind, ist jeweils das gesamte Wuchtelement 37, 39, 41, 42 als Wuchtbereich ausgebildet und für das Abtragen von Wuchtmaterial geeignet.
Das Auswuchten des Rotors 149 erfolgt üblicherweise, bevor dieser in der Turbomolekularpumpe 111' montiert wird. Die gezeigte Vakuumpumpe 111' ist folglich bereits mittels selektiven Abtragens von Wuchtmaterial von den Wuchtelementen 37, 39, 41, 42 ausgewuchtet. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass ein Auswuchten alternativ oder ergänzend auch im (teil)montierten Zustand des Rotors 149 in der Turbomolekularpumpe 111' erfolgt.
Das Auswuchten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Schritte:
Zunächst werden die Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 an dem Rotor 149 fixiert. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass lediglich eines oder zwei der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 an dem Rotor 149 fixiert werden und/oder zusätzliche und/oder alternative Wuchtelemente.
Anschließend wird eine Unwucht des Rotors 149 ermittelt. Verfahren für das Ermitteln einer Unwucht sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
Anschließend wird der Rotor 149 ausgewuchtet, indem selektiv Wuchtmaterial von zumindest einem der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 abgetragen wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Lasers oder auch durch Schleifen, Fräsen und/oder Bohren erfolgen.
Zumindest die Verfahrensschritte "Ermitteln der Unwucht" und "Auswuchten des Rotors" werden insbesondere so lange wiederholt, bis die ermittelte Unwucht einen Schwellenwert unterschreitet.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 an verschiedenen Stellen des Rotors 149 angeordnet und weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Dies erlaubt ein besonders effektives Beseitigen der ermittelten Unwucht.
Das Wuchtelement 37 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an der Rotornabe 161 angeordnet und befindet sich in Pumprichtung zwischen einer von den Rotorscheiben 155 und Statorscheiben 157 gebildeten Turbomolekularpumpstufe und einer von den Holweck-Rotorhülsen 163, 165 und Holweck-Statorhülsen 167, 169 gebildeten Holweck-Pumpstufe.
Das Wuchtelement 39 ist an der Außenseite der äußeren Holweck-Rotorhülse 163 angeordnet und umschließt diese. Die Wuchtelemente 37, 39 umgeben den Rotor 149 also radial, wobei sie an der radialen Außenseite des Rotors 149 angeordnet sind. Das Wuchtelement 41 befindet sich hingegen an einer dem Einlass 115 zugewandten Stirnseite des Rotors 149, nämlich an einem Bodenabschnitt einer axialen Ausnehmung, die die rotorseitigen Komponenten des Permanentmagnetlagers 183 aufnimmt.
Das Wuchtelement 42 ist in axialer Richtung auslassseitig des Elektromotors 125 und einlassseitig des auslassseitigen Wälzlagers 181 (d.h. in axialer Richtung zwischen dem Elektromotor 125 und dem Wälzlagers 181) an dem Rotor 149 angeschraubt und umschließt die Rotationsachse 151. Es versteht sich, dass das Wuchtelement 42 aber auch auf andere Art mit dem Rotor 149 verbunden sein kann, beispielsweise angeschweißt. Insbesondere für ein Auswuchten vor dem Montieren des Rotors 149 ist das Wuchtelement 42 sowohl aus radialer als auch axialer Richtung besonders gut zugänglich.
Grundsätzlich sind verschiedene Möglichkeiten für das Fixieren von Wuchtelementen mit dem Rotor 149 möglich. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wuchtelemente 37, 41 mit dem Rotor 149 verschweißt und das Wuchtelement 39 mit dem Rotor 149, genauer gesagt mit der Holweck-Hülse 163, verklebt.
Das Vorhandensein verschiedener Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 ermöglicht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das selektive Abtragen von Wuchtmaterial von einem oder mehreren der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 in Abhängigkeit von der ermittelten Unwucht.
Beispielsweise kann bei einem Vorliegen einer dynamischen Unwucht Wuchtmaterial von einem anderen der Wuchtelemente 37, 39, 41, 42 abgetragen werden, als bei einem Vorliegen einer rein statischen Unwucht. Ebenso ist es möglich, in Abhängigkeit der Stärke der ermittelten Unwucht gezielt Wuchtmaterial von dem am besten geeigneten Wuchtelement 37, 39, 41 oder 42 abzutragen.
Liegt beispielsweise die ermittelte Unwucht oberhalb eines Schwellenwertes und/oder wird lediglich ein erstes Grobwuchten durchgeführt, so kann es vorteilhafter sein, Wuchtmaterial von einem Wuchtelement mit größerem Durchmesser abzutragen, da der erzielte Effekt hierbei größer ist. Beispielsweise kann in einem solchen Fall zunächst hauptsächlich oder ausschließlich von den Wuchtelementen 37, 39 Wuchtmaterial abgetragen werden. Liegt die ermittelte Unwucht hingegen unter einem Schwellenwert und/oder handelt es sich um ein Feinwuchten, kann stattdessen für ein genaueres Wuchten Wuchtmaterial von einem Wuchtelement mit einem geringeren Durchmesser abgetragen werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wäre dies das Wuchtelement 41, das einen Wuchtbereich nahe an der Drehachse 151 des Rotors 149 ausbildet.
In den Fig. 7A und 7B ist eine weitere Ausführungsform einer Turbomolekularpumpe 11 dargestellt. Diese unterscheidet sich in ihrem Grundaufbau von den vorstehend beschriebenen Turbomolekularpumpen 111 und 111'.
Ein Rotor der Turbomolekularpumpe 11 setzt sich zusammen aus einer Rotorwelle 15 und einem über ein Verbindungselement 25 lösbar mit der Rotorwelle 15 verbundenen Rotorkopf 17, der Rotorelemente 19, 20 trägt. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei den Rotorelementen 19 um Rotorscheiben einer Turbomolekularpumpstufe und bei den Rotorelementen 20 um Holweck-Rotorhülsen einer Holweck-Pumpstufe. Im Sinne der Übersichtlichkeit ist bei den Rotorelementen 19, 20 ist jeweils nur eines exemplarisch mit Bezugszeichen versehen.
Die Rotorwelle 15 der Turbomolekularpump 11 ist in einem Spindelgehäuse 13 drehbar gelagert. In dem Spindelgehäuse 13 befinden sich zusätzlich zu der Rotorwelle 15 auch Lagereinrichtungen für die Rotorwelle 15. Diese umfassen beispielsweise ein aktives Magnetlager 21. Ferner ist ein Antriebsmotor 23, mit dem die Rotorwelle 15 zu einer Drehung antreibbar ist, in dem Spindelgehäuse 13 angeordnet.
Das Spindelgehäuse 13 ist sowohl axial als auch radial zumindest teilweise von dem Rotorkopf 17 umgeben. Ein solches Spindelgehäuse 13 mit darin angeordneter Rotorwelle 15, Magnetlager 21 und Antriebsmotor 23 wird auch als "Spindeleinheit" bezeichnet. Solche Spindeleinheiten, die als Ganzes aus der Turbomolekularpumpe 11 entnehmbar in diese einbringbar sind, sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
In der Ausführungsform aus der Fig. 7A umfasst die Turbomolekularpumpe 11 drei (exemplarische) Wuchtelemente 27, 29, 33. Das Wuchtelement 33 befindet sich stirnseitig an dem Rotor. Die Wuchtelemente 27, 29 sind in einer axialen Bohrung 26 des Rotorkopfes 17 angeordnet und verdeutlichen zwei verschiedene Ausführungsformen, die in der Praxis nicht gemeinsam zum Einsatz kommen, da das Wuchtelement 29 zumindest teilweise den Zugang zu dem Wuchtelement 27 blockieren kann.
Das Wuchtelement 27 ist scheibenförmig ausgebildet und durch das Verbindungselement 25 an dem Rotorkopf angeschraubt. Das Wuchtelement 29 ist an eine radiale Innenseite der axialen Bohrung 26 angeschweißt oder anders fixiert und hülsenförmig ausgebildet. Das Wuchtelement 33 ist ringförmig und in eine (nicht gezeigte) Nut an der Stirnseite des Rotorkopfes 17 eingepresst.
Während die Wuchtelemente 29, 33 einstückig ausgebildet sind und vollständig aus Wuchtmaterial bestehen, umfasst das Wuchtelement 27 neben einem aus Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich 28 einen dem Pumpeneinlass 12 abgewandten Befestigungsabschnitt 30, der aus einem von dem Wuchtmaterial verschiedenen Material gebildet ist. Der Wuchtbereich 28 kann beispielsweise auf den Befestigungsabschnitt 30 aufgeschweißt sein, so dass das Wuchtelement 27 als Einheit an dem Rotorkopf 17 befestigbar ist. Beispielsweise sind der Rotorkopf 17 und der Befestigungsabschnitt 30 vollständig aus Aluminium gefertigt und das Wuchtmaterial des Wuchtbereichs 28 ist eine Nickelbasislegierung. Die Wuchtelemente 29, 33 können vollständig aus Edelstahl gebildet sein.
Das Wuchtelement 27 ist durch das Verbindungselement 25 besonders einfach an dem Rotor montierbar. Das hülsenförmige Wuchtelement 29 bietet hingegen den Vorteil, dass auch ein schräges Einschießen eines Laserstrahls möglich ist, um Wuchtmaterial von der Innenseite des Wuchtelements 29 abzutragen.
Der Rotor und insbesondere der Rotorkopf 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel ferner eine nicht dargestellte korrosionsbeständige Beschichtung auf, wobei die Wuchtelemente 27, 29, 33 an beschichteten Abschnitten des Rotorkopfes 17 montiert sind, selbst aber keine Beschichtung aufweisen. Die Wuchtelemente 27, 29, 33 wurden erst nach dem Beschichten des Rotorkopfes 17 an diesem fixiert und auch ein Auswuchten des Rotors erfolgt erst nach dem Beschichten des Rotorkopfes 17. So kann verhindert werden, dass durch das Auftragen der Beschichtung auf einen bereits ausgewuchteten Rotor wieder eine Unwucht erzeugt wird.
Ebenso ist es möglich, erst die Wuchtelemente 27, 29, 33 an dem Rotorkopf 17 zu fixieren und anschließend die Beschichtung aufzutragen, sodass die Wuchtelemente 27, 29, 33 ebenfalls mitbeschichtet werden. Aufgrund der ohnehin korrosionsbeständigen Wuchtmaterialien der Wuchtelemente 27, 29, 33 ist dennoch ein Auswuchten des Rotors nach dem Auftragen der Beschichtung möglich, da ein Abtragen der Beschichtung von den Wuchtelementen 27, 29, 33 keine korrosionsanfälligen Oberflächenabschnitte erzeugt.
Grundsätzlich kann eine Beschichtung auch nach dem Auswuchten des Rotors aufgetragen werden, beispielsweise wenn die Beschichtung relativ dünn und/oder gleichmäßig aufgetragen wird und/oder nur einen vernachlässigbaren Effekt auf die verursachte Unwucht hat.
Die Fig. 7B zeigt eine alternative Ausführungsform der Turbomolekularpumpe 11. Diese entspricht vom Grundaufbau der Turbomolekularpumpe 11 aus der Fig. 7A, weist aber zum Teil andere bzw. zusätzliche Wuchtelemente auf.
So ist in der Turbomolekularpumpe 11 aus der Fig. 7B ebenfalls das vorstehend beschriebene Wuchtelement 27 vorgesehen. Zusätzlich sind an dem Rotorkopf 17 aber auch weitere, jeweils vollständig aus Wuchtmaterial gefertigte Wuchtelemente 31, 35, 37, 39 angeordnet. Die Wuchtelemente 35, 37, 39 sind ring- bzw. hülsenförmig und das Wuchtelement 31 ist scheibenförmig mit einer Durchgangsöffnung.
Das Wuchtelement 31 ist z.B. über nicht gezeigte Schrauben auf eine dem Einlass 12 zugewandte Stirnseite des Rotorkopfes 17 angeschraubt oder auf andere Weise dort fixiert. Die Durchgangsöffnung ermöglicht, das Wuchtelement 27 auch bei montiertem Wuchtelement 31 für das Abtragen von Wuchtmaterial zu erreichen.
Alternativ kann das Wuchtelement 31 auch ohne die gezeigte Durchgangsöffnung ausgebildet sein. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass das Wuchtelement 31 nicht nur zum Wuchten des Rotors genutzt werden kann, sondern gleichzeitig auch die axiale Bohrung 26 abdichtet.
Das Wuchtelement 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung gesehen im Bereich des Turbomolekularpumpsystems angeordnet und umgibt den Rotor radial. Die Wuchtelemente 37, 39 sind in Anordnung und Ausbildung vergleichbar zu den Wuchtelementen 37, 39 aus der Fig. 6.
Es versteht sich, dass grundsätzlich die gezeigten Anordnungen und Ausbildungen der Wuchtelemente beliebig miteinander kombinierbar sind. Somit erlauben die erfindungsgemäßen Vakuumpumpen mit Wuchtelementen ein einfaches und effizientes Auswuchten des jeweiligen Rotors bei gleichzeitiger Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Anforderungen.

Bezugszeichenliste

11: Turbomolekularpumpe
12: Pumpeneinlass
13: Spindelgehäuse
15: Rotorwelle
17: Rotorkopf
19: Rotorelement
20: Rotorelement
21: Magnetlager
23: Antriebsmotor
25: Verbindungselement
26: axiale Bohrung
27: Wuchtelement
28: Wuchtbereich
29: Wuchtelement
30: Befestigungsabschnitt
31: Wuchtelement
33: Wuchtelement
35: Wuchtelement
37: Wuchtelement
39: Wuchtelement
41: Wuchtelement
42: Wuchtelement

111, 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

Claims

Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe (11, 111'), mit
- einem Einlass (115),

- einem Auslass (117),

- einem in einer Pumprichtung vom Einlass (115) zum Auslass (117) wirksamen Pumpsystem, das einen Rotorelemente (155, 163, 165) umfassenden Rotor (149) und mit den Rotorelementen (155, 163, 165) während des Betriebs pumpwirksam zusammenwirkende Statorelemente (157, 167, 169) aufweist, und einen elektrischen Antriebsmotor (125), der den Rotor (149) im Betrieb in Drehung um eine Drehachse (151) versetzt,

wobei zumindest ein fest an dem Rotor (149) angeordnetes, separates Wuchtelement (37, 39, 41, 42) vorgesehen ist, das einen aus einem Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich (28) umfasst und das für ein Beseitigen einer Unwucht des Rotors (149) durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich (28) vorgesehen ist,

wobei der Wuchtbereich (28) und/oder das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) - in einer axialen Sicht - kreis- oder ringförmig ausgestaltet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
wobei ein radial und/oder axial unmittelbar an das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) angrenzender Abschnitt des Rotors (149) aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das von dem Wuchtmaterial verschieden ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2,
wobei das Wuchtmaterial korrosionsbeständiger als das Grundmaterial ist und/oder wobei das Wuchtmaterial eine höhere Dichte als das Grundmaterial aufweist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) scheibenförmig, hülsenförmig oder röhrenförmig ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein Abschnitt des Rotors (149) eine Beschichtung aufweist und wobei das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) auf dem beschichteten Abschnitt montiert ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) lösbar mit dem Rotor (149) verbunden ist, insbesondere wobei das Wuchtelement (37, 39, 41) an den Rotor (149) angeschraubt und/oder mit dem Rotor (149) verpresst ist oder wobei das Wuchtelement (37, 39, 41, 42) nicht lösbar mit dem Rotor (149) verbunden ist, insbesondere wobei das Wuchtelement (37, 39, 41) mit dem Rotor (149) verschweißt und/oder verlötet und/oder verklebt ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Wuchtelement (41) an einer Stirnseite, insbesondere einer dem Einlass (115) zugewandten Stirnseite, des Rotors (149) angeordnet ist und/oder wobei das Wuchtelement (42) in axialer Richtung auslassseitig des Antriebsmotors (125) an dem Rotor (149) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Wuchtelement (39) an einer radialen Außenseite des Rotors (149) angeordnet ist oder wobei das Wuchtelement (27, 29) in einer axialen Bohrung (26) des Rotors angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Rotor (149) ein Turbomolekularpumpsystem und ein in Pumprichtung dem Turbomolekularpumpsystem nachfolgendes Holweck-Pumpsystem umfasst und wobei das Wuchtelement (37, 41) in axialer Richtung gesehen im Bereich des Turbomolekularpumpsystems und/oder zwischen dem Turbomolekularpumpsystem und dem Holweck-Pumpsystem angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Rotor (149) ein Holweck-Pumpsystem mit zumindest einer Holweckpumpstufe umfasst, wobei das Wuchtelement (39) an einer Holweck-Hülse (163) der Holweckpumpstufe und/oder an einer die Holweck-Hülse tragenden Rotornabe (161) angeordnet ist, insbesondere wobei das Wuchtelement (39) die Holweck-Hülse (163) radial außenseitig umgibt.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein weiteres Wuchtelement (37, 39, 41, 42) an dem Rotor (149) angeordnet ist, insbesondere wobei die beiden Wuchtelemente (37, 39, 41, 42) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Verfahren zum Wuchten eines Rotors (149) einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, der eine Drehachse (151) aufweist, um die der Rotor (149) in einem in der Vakuumpumpe montierten Zustand in Drehung versetzbar ist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Fixieren eines Wuchtelements (37, 39, 41, 42) an dem Rotor, das einen aus einem Wuchtmaterial gebildeten Wuchtbereich (28) umfasst, wobei der Wuchtbereich (28) in axialer Sicht kreis- oder ringförmig ausgestaltet ist,

- Ermitteln einer statischen und/oder dynamischen Unwucht des Rotors (149),

- Auswuchten des Rotors (149) durch selektives Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich (28), insbesondere wobei das Abtragen mittels eines Lasers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12,
wobei vor dem Fixieren des Wuchtelements (37, 39, 41, 42) eine Beschichtung auf den Rotor (149) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
wobei nach dem Fixieren des Wuchtelements (37, 39, 41, 42), aber vor dem Abtragen von Wuchtmaterial von dem Wuchtbereich (28) eine Beschichtung auf den Rotor (149) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei ein erstes und ein zweites Wuchtelement (37, 39, 41, 42) an dem Rotor (128) montiert werden, insbesondere wobei Wuchtmaterial von dem ersten Wuchtelement (37, 39, 41, 42) abgetragen wird, sofern die ermittelte Unwucht oberhalb eines Schwellenwerts liegt und wobei Wuchtmaterial von dem zweiten Wuchtelement (37, 39, 41, 42) abgetragen wird, sofern die ermittelte Unwucht unterhalb des Schwellenwerts liegt.