KR20190010594A

KR20190010594A - 스테이터, 회전 샤프트, 건식 진공 펌프 및 연관된 제조 방법

Info

Publication number: KR20190010594A
Application number: KR1020187036201A
Authority: KR
Inventors: 에릭 만달라즈
Original assignee: 파이퍼 배큠
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2019-01-30
Also published as: JP2019516906A; US20190277286A1; FR3051852B1; CN109154295A; EP3464903B1; TWI717510B; EP3464903A1; CN109154295B; TW201812178A; FR3051852A1; WO2017202673A1

Abstract

본 발명은, 건식 진공 펌프(1)의 스테이터(2)로서, 진공 펌프(1)는, 스테이터(2)의 흡입 유입구(4, 5)와 운반 배출구(6) 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한, 스테이터(2)의 중앙 하우징(3) 내에서 반대 방향으로 동기화된 방식으로 회전할 수 있는 적어도 2개의 로터(10, 11)를 구비하는 것인, 스테이터(2)에 있어서:
- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 스테이터 외측 부분(14), 및
- 진공 펌프(1)의 로터들(10, 11)을 수용하도록 구성되는 상기 중앙 하우징(3) 내에 배열되는 스테이터 삽입체(15)로서, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 스테이터 삽입체(15)
를 포함하고,
- 상기 스테이터 외측 부분(14)은, 상기 스테이터 삽입체(15) 상에 주조된 것인 것을 특징으로 하는 스테이터에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 진공 펌프의 적어도 하나의 로터를 지탱하고 회전 구동하도록 구성되는 회전 샤프트에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 적어도 하나의 그러한 스테이터 및/또는 적어도 하나의 그러한 샤프트를 구비하는 건식 진공 펌프에 그리고 그러한 스테이터 및/또는 회전 샤프트를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

스테이터, 회전 샤프트, 건식 진공 펌프 및 연관된 제조 방법

본 발명은, 건식 진공 펌프의 스테이터에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 진공 펌프의 적어도 하나의 로터를 지탱하고 회전 구동하도록 구성되는 회전 샤프트에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 적어도 그러한 스테이터 및/또는 그러한 샤프트를 구비하는, "루트(Roots)" 타입 또는 "클로(Claw)" 타입의, 또는 심지어 나선 타입 또는 나사 타입의, 또는 다른 유사한 원리의, 진공 펌프와 같은, 건식 진공 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 그러한 스테이터 및/또는 회전 샤프트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

집적 회로, 광전 태양 전지, 평판 디스플레이 스크린, 및 발광 다이오드의 제조와 같은, 특정 제조 프로세스들이, 공정 챔버에서 나오는 부식성, 반응성 가스들 제거하기 위한 단계를 특징으로 한다. 그의 유입구가 공정 챔버에 연결되며 그리고 그의 배출구가 처리된 가스의 대기로의 방출 이전의 가스 처리 장치에 연결되는, 건식 진공 펌프들이, 사용된다.

펌프의 유입구에서 흡인되는 가스는, 스테이터와 반대 방향으로 회전하는 2개의 로터 사이의 자유 공간 내로 포획되며 그리고 배출구로 운반된다. 작동은, 완전히 무-오일 작동을 허용하는 매우 작은 간극들을 통해, 로터들과 스테이터 사이의 어떠한 기계적 접촉 없이 수행된다.

스테이터 및 로터들은, 일반적으로 주철로 이루어진 부품들이다.

이러한 부품들의 표면들은, 불소, 염소 및 산소와 같은, 흡인되는 반응성 가스들의 작용으로 인해, 부식될 수 있다. 부식 층들은 그에 따라, 부품들의 표면을 형성할 수 있으며, 그로 인해 로터들과 스테이터 사이의 작동 간극들을 감소시키고, 진공 펌프의 성능 특성을 변경하며, 그리고 최악의 경우, 펌프가 정지하도록 야기한다.

Ni-저항 타입, 니켈-풍부, 주철들은, 전통적인 주철들보다 부식 및 산화에 대해 훨씬 더 저항성인 이점을 갖는다. 그러나, 이러한 재료는, 자체의 매우 높은 비용 및 자체의 더 낮은 기계적 성능으로 인해, 진공 펌프 부품들을 생산하기 위해 통상적인 주철을 쉽게 대체할 수 없다. 이러한 재료는 또한, 가공하기 어렵다. 부가적으로, 니켈은, 지구 상에서 점점 희귀해지고 있으며 그리고 그의 환경에 미치는 영향은, 통상적인 주철의 원소들의 영향보다 더욱 해롭다.

이러한 재료의 사용을 제한하기 위한 공지의 해법이, 통상적인 철 상에, 니켈의 얇은 층들을, 단지 수십 미크론의 두께로, 증착하는 것으로 이루어진다.

진공 펌프의 분야에서 이러한 해법의 적용은, 이러한 기술에 내재된 문제점들을 드러낸다.

니켈 코팅은, 통상적인 주철 상에 충분히 부착되지 않는다. 니켈 코팅은, 가장 작은 충격 또는 접촉으로도 국부적으로 긁히거나 찢어질 수 있다. 코팅 아래의 통상적인 주철 기재는 이후, 부식성 가스에 빠르게 노출되어, 니켈의 표면 층이 국부적으로 분리되도록 야기할 수 있다.

더불어, 코팅으로부터 제거되는 금속 입자가, 그 밖의 진공 펌프 몸체 내의 다른 니켈 표면들 상에 다시 부착되어, 펌프 정지의 후속적 위험으로 이어질 수 있다.

규소 및 몰리브덴(SiMo) 계열 연성 주철 합금들 또는 ADI 주철(오스템퍼링 연성 철), 또는 테플론과 같은 중합체 코팅들과 같은, 다른 타입의 주물들 또는 코팅들이 또한, 로터들의 그리고 스테이터의 재료를 형성하기 위해 고려된 바 있지만, 이러한 해법들은, 코팅의 조악한 접착 또는 이러한 재료들의 비용으로 인해, 진정으로 만족스럽지 않다.

본 발명은, 상기한 단점들을 적어도 부분적으로 치유하는 것을 목표로 한다.

본 발명의 목적들 중의 하나는, 과도하게 비싸지 않으며 그리고 우수한 기계적 강도를 갖는, 부식성 가스에 저항하는, 진공 펌프를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 대상은, 건식 진공 펌프의 스테이터로서, 진공 펌프는, 스테이터의 흡입 유입구와 운반 배출구 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한, 스테이터의 중앙 하우징 내에서 반대 방향으로 동기화된 방식으로 회전할 수 있는 적어도 2개의 로터를 포함하는 것인, 스테이터에 있어서:

- 예를 들어 1% 미만의 니켈과 같은, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 스테이터 외측 부분, 및

- 상기 진공 펌프의 로터들을 수용하도록 구성되는 상기 중앙 하우징 내에 배열되는 스테이터 삽입체로서, 적어도 30%의 니켈과 같은, 예를 들어 적어도 35%의 니켈을 함유하는 것과 같은, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 스테이터 삽입체

를 포함하고,

- 상기 스테이터 외측 부분은, 상기 스테이터 삽입체 상에 주조된 것인 것을 특징으로 하는 스테이터이다.

스테이터는 그에 따라, 상이한 재료의 2개의 고체 부분으로 형성된다. 부식성 가스와 접촉하기 쉬운 스테이터의 코어는, 그에 따라, 더욱 부식 저항성인 재료로 형성된다. 외측 부분의 재료는, 다른 한편, 더 큰 기계적 강도를 갖는다. 진공 펌프는 그에 따라, 부식성 가스에 대한 더 큰 저항성을 갖는 가운데, 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 부가적으로, 니켈의 사용은, 표적화되며 그리고 그에 따라 제한된다.

5% 미만의 니켈을 함유하는 주철을 스테이터 삽입체 상에 주조함에 의해, 스테이터 외측 부분 및 스테이터 삽입체는, 국부적으로 함께 융합된다. 주조 작업 도중에, 밀접한 야금학적 접합이, 그에 따라, 스테이터 삽입체와 스테이터 외측 부분 사이에 형성된다. 이는, 2가지 재료의 상이한 열적 기계적 거동들의 문제점을 해소할 수 있도록 한다. 야금학적 접합은, 그에 따라, 극도로 기계적으로 강하다. 이러한 강한 야금학적 접합은, 2개의 부분의 분리를 불가능하게 만든다.

단독으로 또는 조합으로 취해지는, 스테이터의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 스테이터 외측 부분은, 스테이터 삽입체를 둘러싸고,

- 중앙 하우징과 소통하는 적어도 하나의 스테이지간 덕트(interstage duct)가, 스테이터 삽입체 내에 적어도 부분적으로 배열되며,

- 스테이터 삽입체는, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하는, 구상 흑연 주철과 같은, 주철과 같은, 합금이고,

- 스테이터 삽입체는, 니켈로 이루어지며, 즉 스테이터 삽입체는, 실질적으로 100%의 니켈을 함유하며,

- 스테이터 외측 부분은, 구상 흑연 주철과 같은, 주철로 이루어지고,

- 스테이터 삽입체의 외측 벽은, 나사들, 홈들, 널링부(knurling) 또는, 장애 위험을 나타내는 기복(relief)을 갖는 다른 요소들을 갖지 않는다.

본 발명은 또한, 흡입 유입구와 운반 배출구 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한 적어도 하나의 펌핑 스테이지를 구비하는, 건식 진공 펌프로서, 이상에 설명된 바와 같은 적어도 하나의 스테이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프에 관한 것이다.

진공 펌프는, 직렬로 연결되는 복수의 펌핑 스테이지를 포함할 수 있을 것이다. 이상에 설명된 바와 같은 스테이터를 구비하는 적어도 하나의 펌핑 스테이지는, 진공 펌프의 운반 측부 상에 위치하게 될 수 있다.

단독으로 또는 조합으로 취해지는, 진공 펌프의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 진공 펌프는, 적어도 하나의 로터를 지탱하고 회전시키도록 구성되는, 회전 샤프트로서:

- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체, 및

- 상기 진공 펌프의 적어도 하나의 로터를 지탱하도록 의도되는 샤프트 외측 부분으로서, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 샤프트 외측 부분

을 포함하고,

- 상기 샤프트 삽입체는, 상기 샤프트 외측 부분 내에 주조된 것인, 회전 샤프트를 구비하고,

- 상기 샤프트 외측 부분은, 상기 샤프트 삽입체를 반경 방향으로 둘러싸며,

- 상기 샤프트 외측 부분의 반경 방향 두께는, 0.5 센티미터를 초과한다.

본 발명은 또한, 건식 진공 펌프 스테이터를 제조하는 방법으로서, 뒤따르는 단계들을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다:

- 스테이터 삽입체가 먼저, 예를 들어 적어도 35%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하도록 형성되는 단계,

- 이어서, 예를 들어 1% 미만의 니켈을 함유하는 것과 같이, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는, 스테이터 외측 부분이, 상기 스테이터 삽입체 상에 주조되는 단계.

단독으로 또는 조합으로 취해지는, 건식 진공 펌프 스테이터를 제조하는 방법의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 스테이터 외측 부분은, 그의 주조 온도가 1300 ℃를 초과하는, 페라이트계 구상 흑연 주철로 이루어지고,

- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철이 주조되기 이전에, 스테이터 삽입체의 외측 벽의 거칠기는 6 내지 12 마이크로미터 사이이다.

본 발명은 또한, 적어도 하나의 스테이터 및, 흡입 유입구와 운반 배출구 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위해, 상기 스테이터 내에서 동기화된 방식으로 반대 방향으로 회전할 수 있는, 적어도 2개의 로터를 구비하는, 건식 진공 펌프를 위한 회전 샤프트로서, 적어도 하나의 로터를 지탱하고 회전 구동하도록 구성되는 것인, 회전 샤프트에 있어서:

- 예를 들어 1% 미만의 니켈을 함유하는 것과 같은, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체, 및

- 상기 진공 펌프의 적어도 하나의 로터를 지탱하도록 의도되는 샤프트 외측 부분으로서, 예를 들어 적어도 35%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 샤프트 외측 부분

을 포함하고,

- 상기 샤프트 삽입체는, 상기 샤프트 외측 부분 내에 주조된 것인 것을 특징으로 하는 회전 샤프트에 관한 것이다.

그러한 고체 샤프트 외측 부분은, 샤프트의 표면에 대한 기계적 충격의 경우에, 부식성 가스가 통상적인 주철에 도달하는 것을 방지할 수 있도록 한다. 대조적으로, 충격의 경우에, 부식성 가스는, 니켈-풍부 합금 또는 니켈과 계속 접촉한다. 샤프트 외측 부분은 그에 따라, 부식성 가스에 대한 자체의 보호 레벨을 낮추지 않는 가운데, 작은 충격 및 마모에 종속될 수 있다. 더불어, 샤프트 외측 부분의 이러한 고체 양태로 인해, 손상될 수 있는 부분들을, 진공 펌프의 유지보수 도중에, 재구성하는 것이 가능하다.

단독으로 또는 조합으로 취해지는, 샤프트의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 상기 샤프트 외측 부분은, 상기 샤프트 삽입체를 반경 방향으로 둘러싸고,

- 상기 샤프트 외측 부분의 반경 방향 두께는, 0.5 센티미터를 초과하며,

- 상기 샤프트 외측 부분은, 예를 들어 적어도 35%의 니켈을 포함하는 것과 같이, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하는, 구상 흑연 주철과 같은, 주철과 같은, 합금이고,

- 상기 샤프트 외측 부분은, 니켈로 이루어지며, 즉 실질적으로 100%의 니켈을 함유하며,

- 상기 샤프트 삽입체는, 구상 흑연 주철과 같은, 주철로 이루어지고,

- 상기 샤프트 외측 부분의 내측 벽은, 나사들, 홈들, 널링부 또는, 장애 위험을 나타내는 기복을 갖는 다른 요소들을 갖지 않는다.

본 발명은 또한, 흡입 유입구와 운반 배출구 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한 적어도 하나의 펌핑 스테이지를 구비하는, 건식 진공 펌프로서, 이상에 설명된 바와 같은 적어도 하나의 회전 샤프트를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 건식 진공 펌프의 회전 샤프트를 제조하는 방법으로서, 뒤따르는 단계들을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다:

- 대략 튜브형 형상의 샤프트 외측 부분이 먼저, 예를 들어 적어도 35%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하도록 형성되는 단계,

- 이어서, 예를 들어 1% 미만의 니켈을 함유하는 것과 같이, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는, 샤프트 삽입체가, 상기 샤프트 외측 부분 내로 주조되는 단계.

단독으로 또는 조합으로 취해지는, 건식 진공 펌프의 회전 샤프트를 제조하는 방법의 하나 이상의 특징에 따르면:

- 샤프트 삽입체는, 그의 주조 온도가 1300 ℃를 초과하는, 페라이트계 구상 흑연 주철로 이루어지고,

- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철을 주조하기 이전에, 상기 샤프트 외측 부분의 내측 벽의 거칠기는 6 내지 12 마이크로미터 사이이다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들이, 첨부 도면을 참조하여, 비-제한적인 예로서 주어지는, 뒤따르는 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 복수-스테이지 루트-타입 건식 진공 펌프의 요소들에 대한 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 2의 진공 펌프의 펌핑 스테이지의 개략적 단면도를 나타낸다.
도 3은 펌핑 스테이지의 스테이터의 종방향 개략적 단면도를 나타낸다.
도 4는, 스테이터 외측 부분과 스테이터 삽입체 사이의 융합 영역에서의, 실시된 샘플의, 자기 입자 검사 도중에 취해진, 사진을 나타낸다.
도 5는 스테이터 또는 회전 샤프트의 제조를 위한 프로세스의 여러 단계들을 도시한다.
도 6은 도 1의 진공 펌프의 회전 샤프트의 부분적 개략적 단면도를 도시한다.
이러한 도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 보유한다.

뒤따르는 실시예들은, 예들이다. 설명이 하나 이상의 실시예를 참조하지만, 이는 반드시, 각각의 참조가 동일한 실시예에 관련된다는 것, 또는 특징부들이 단지 단일 실시예에만 적용된다는 것을 의미하지 않는다. 여러 실시예들의 단일 특징부들이 또한, 다른 실시예들을 제공하기 위해, 조합되거나, 또는 교환될 수 있을 것이다.

본 발명은, 특히, 집적 회로, 광전 태양 전지, 평판 디스플레이 스크린, 및 발광 다이오드의 제조와 같은, 특정 제조 프로세스들로서, 대기로의 처리된 가스의 방출 이전에, 진공 펌프의 유입구는 공정 챔버에 연결되며 그리고 배출구는 가스 처리 장치들에 연결되는 것인, 공정 챔버들로부터의 부식성 반응성 가스의 제거를 요구하는 단계들을 포함하는 것인, 특정 제조 프로세스들에서 사용되는, "루트" 타입 진공 펌프, 이중 "클로", 나선, 나사 타입 진공 펌프와 같은, 또는 다른 유사한 원리의, 하나 이상의 스테이지를 구비하는 임의의 타입의 건식 진공 펌프에 적용된다.

도 1은 따라서, 루트 타입 복수 스테이지 건식 진공 펌프(1)의 실시예를 도시한다. 명료함을 위해, 단지 펌프의 작동을 위해 요구되는 요소들만이 도시되었다.

진공 펌프(1)는, 5개의 펌핑 스테이지(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)를 구비하고, 각 스테이지(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)는, 스테이터(2)를 구비하며, 단지 제1 스테이지(1a)의 3/4 만이 도 1에 도시된다. 스테이터들(2)은, 예를 들어 진공 펌프(1)의 단일 몸체를 형성하기 위해, 체결 스크류에 의해 조립된다.

펌핑 스테이지들(1a-1e)은, 직렬로 차례차례 배치되며 그리고, 여기서는 측방으로 배열되는 스테이지간 덕트들(13)에 의해, 직렬로 차례차례 연결된다.

도 2의 개략도에서 확인될 수 있는 바와 같이, 스테이지간 덕트들(13)은, 스테이터(2)의 몸체 내에 형성된다. 이들은, 펌핑 스테이지의 중앙 하우징(3)의 운반 배출구(6)를 뒤따르는 스테이지의 유입구(5)에 연결한다. 예를 들어, 배출구(6)와 유입구(5) 사이에서 병렬로 연결되며 그리고 중앙 하우징(3)의 양측부에 배열되는, 펌핑 스테이지(1a-1e)당 2개의 스테이지간 덕트(13)가, 존재한다.

펌프(1)는 또한, 각각 개별적으로 회전 샤프트(8, 9)를 갖는, 2개의 로터 조립체(7a, 7b)를 구비한다.

샤프트들(8, 9)은, 평행하게 장착되며 그리고 펌핑 스테이지들(1a-1e) 내로 연장된다. 이들은, 회전축(I-I 및 II-II)을 중심으로 모터에 의해 회전 구동되며, 그리고 진공 펌프(1)의 단부들에 위치하게 되는 플랜지들(12)(단지 하나만 도시됨)에 의해 지지되는 볼 베어링들 상에 장착될 수 있다.

각 샤프트(8, 9)는, 각 펌핑 스테이지(1a-1e) 내에서 로터(10, 11)를 지탱한다. 각 로터(10, 11)는, 예를 들어, 유지 스크류들에 의해 개별적으로 샤프트들(8, 9)에 부착되고 고정되는, 2개의 회전하는 반-로브(half-lobe)(10a, 10b)(11a, 11b)에 의해 형성된다(도 1).

로터들(10, 11)은, 동일한 윤곽을 가지며, 각각 예를 들어 대략 8-자 형상 단면을 갖는다(도 2). 로터들(10, 11)은, 각도 방향으로 편향되며, 그리고 각 스테이지의 중앙 하우징(3) 내에서 반대 방향으로 동기식으로 회전하도록 구동된다.

로터들(10, 11)의 회전 도중에, 스테이터(2)의 흡입 유입구(4, 5)를 통해 흡입되는 가스는, 로터들(10, 11)과 스테이터(2) 사이의 자유 공간 내에 포획되며, 그리고 이어서, 다음 펌핑 스테이지의 상측 부분에 배열되는 유입구(5)에 연결하기 위한 측방 스테이지간 덕트들(13) 내의 다음 스테이지 상류로, 로터들(10, 11)에 의해 추진된다. 마지막 펌핑 스테이지(1e) 이후에, 흡입된 가스는, 펌프(1)의 일반적인 운반 방향을 추진된다(가스 순환의 방향은, 도 1 및 도 2에서 회살표들(G)에 의해 도시됨).

진공 펌프(1)는, 작동할 때, 로터들(10, 11)이, 하우징들(3)이 오일을 갖지 않는 것을 허용하도록, 어떠한 기계적 접촉도 동반하지 않는 가운데, 스테이터(2) 내부에서 회전하기 때문에, "건식"인 것으로 언급된다.

진공 펌프(1)의 적어도 하나의 스테이터(2) 및/또는 펌프(1)의 적어도 하나의 회전 샤프트(8, 9)는, 2개의 연속적인 단계에서 주조되는, 2가지 타입의 주철과 같은, 2가지 상이한 재료를 사용하여 생성된다.

그에 따라, 그리고 도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 펌프(1)의 적어도 하나의 스테이터(2)는, 스테이터 외측 부분(14) 및 스테이터 삽입체(15)를 구비한다.

스테이터 외측 부분(14)은, 1% 미만의 니켈을 함유하는 것과 같은, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어진다. 주철은, 예를 들어, FGS 400-15 주철 또는 페리토-펄라이트(ferrito-perlitic) 주철과 같이, 또한 FGS 주철로도 지칭되는 페라이트계 주철과 같은, 구상 흑연 주철이다. 다른 예에 따르면, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철은, 규소 및 몰리브덴계 연성 주출(또한, SiMo로 지칭됨)이다. 이러한 타입들의 통상적인, 비-니켈 풍부 주철은, 우수한 기계적 강도를 보인다.

스테이터 삽입체(15)는, 적어도 90%의 또는 100%의 니켈과 같은, 적어도 30% 또는 35%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유한다.

이러한 주철은, 예를 들어, 니켈-풍부 주철, 즉 적어도 철, 탄소 및 니켈을 함유하는 합금이다.

니켈-풍부 주철은, 또한 FGS Ni-저항 주철로도 지칭되는, 오스테나이트계 구상 흑연 주철일 수 있다. 이러한 니켈-풍부 주철은, 예를 들어 0.02% 정도와 같은, 즉 5% 미만의 양의, 미량의 니켈을 함유하는, 스테이터 외측 부분(14)을 형성하는 주철보다 부식에 대해 더욱 저항성이다.

다른 예에 따르면, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 주철은, 예를 들어, 13.7% 정도로 함유하는 것과 같이, 10% 내지 20% 사이의 니켈을 함유하는, 층상 흑연을 갖는 오스테나이트계 주철이다.

철 및 니켈에 부가하여, 니켈-풍부 주철들 및 비-니켈 풍부 주철들은, 적어도 1%의 규소 및 적어도 1%의 탄소를 함유한다. 이러한 주철들은 또한, 망간, 황, 인, 구리, 몰리브덴 및 크롬을, 특히 10% 미만의 양으로, 함유할 수 있을 것이다.

다른 예에 따르면, 스테이터 삽입체(15)는, 적어도 90%의 니켈을 함유하는 합금이다.

다른 예에 따르면, 스테이터 삽입체(15)는, 니켈로 이루어지고, 즉 실질적으로 100%의 니켈을 함유한다.

스테이터(2)는 그에 따라, 상이한 재료들의 2가지 고체 부분으로 형성된다. 부식성 가스와 접촉하기 쉬운 스테이터(2)의 코어는, 그에 따라, 더욱 부식 저항성인 재료로 형성된다. 외측 부분(14)의 재료는, 다른 한편, 더 큰 기계적 강도를 갖는다. 진공 펌프는 그에 따라, 부식성 가스에 대한 더 큰 저항성을 갖는 가운데, 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 부가적으로, 니켈의 사용은, 표적화되며 그리고 그에 따라 제한된다.

스테이터 외측 부분(14)은, 스테이터 삽입체(15)를 둘러쌀 수 있으며, 이는, 특히 펌프(1) 내의 과압 또는 폭발의 경우에, 우수한 기계적 강도를 보장한다. 스테이터 외측 부분(14)은 그에 따라, 예를 들어, 대략 링 형상을 갖는다.

스테이터 외측 부분(14)의 향상된 기계적 강도는, 스테이터 외측 부분(14) 내의 나사 구멍들과 같은, 스테이터(2)를 다른 스테이터에 체결하기 위한 요소들을 배열하기 위해 사용될 수 있다. 로터들(10, 11)을 수용하는 중앙 하우징(3) 및 중앙 하우징(3) 내로 개방되는 샤프트들(8, 9)의 오리피스들(16)은, 스테이터 삽입체(15) 내에 형성된다(도 3).

중앙 하우징(3)과 소통 상태에 놓이는 적어도 하나의 스테이지간 덕트(13)가 또한, 적어도 부분적으로 스테이터 삽입체(15) 내에 배열될 수 있다. 이러한 예에서, 2개의 측방 스테이지간 덕트(13)가, 전체적으로 스테이터 삽입체(15) 내에 배열된다. 다른 실시예(미도시)에 따르면, 중앙 하우징(3)과 소통 상태에 놓이는 스테이지간 덕트들은, 샤프트들(8, 9)의 축 방향으로 2개의 연속적인 펌핑 스테이지 사이에 개재된다.

펌핑되는 부식성 가스와 접촉하는 중앙 하우징(3)의 그리고 스테이지간 덕트들(13)의 표면들은, 그에 따라, 우수한 부식 저항성을 갖는다. 그러한 고체 스테이터 삽입체(15)는, 부식성 가스가 계속해서 니켈-풍부 합금 또는 니켈과 접촉 상태에 놓이도록 하여, 손상된 표면 벽의 경우에도, 부식성 가스에 대해 보호할 수 있도록 한다. 더불어, 스테이터 삽입체(15)의 이러한 고체 양태로 인해, 손상될 수 있는 부분들을, 진공 펌프(1)의 유지보수 도중에, 재구성하는 것이 가능하다.

진공 펌프(1)의 단일 스테이터(2)가, 그에 따라, 생성될 수 있다. 이는 바람직하게, 진공 펌프(1)의 운반 측에 위치하게 되는, 마지막 펌핑 스테이지(1e)의 스테이터(2)이다. 여러 개의 스테이터들(2)이 이와 같이 생성되는 경우에도, 이들은, 마지막 2개 또는 3개의 펌핑 스테이지(1c, 1d, 1e)의 스테이터들과 같이, 진공 펌프(1)의 운반 측에 위치하게 되는, 직렬인 인접한 펌핑 스테이지들의 스테이터들이다. 운반 측에 위치하게 되는 펌핑 스테이지들은, 가장 높은 압력을 갖는 그리고 그에 따라 부식에 대해 가장 큰 위험에 직면하는, 펌핑 스테이지들이다.

모든 펌핑 스테이지들(1a-1e)의 모든 스테이터들(2)이 또한, 이러한 방식으로 획득될 수 있다.

스테이터의 제조 프로세스(100) 도중에, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 스테이터 삽입체(15)가 형성되고(단계 101, 도 5), 이어서 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 스테이터 외측 부분(14)이 스테이터 삽입체(15) 상에 주조된다(단계 102).

스테이터 삽입체(15) 상에 비-니켈 풍부 주철을 주조함에 의해, 스테이터 외측 부분(14) 및 스테이터 삽입체(15)는, 약 200 마이크로미터의 융합 영역(Zf) 상에서 국부적으로 함께 융합된다. 주조 작업 도중에, 밀접한 야금학적 접합이, 그에 따라, 스테이터 삽입체(15)와 스테이터 외측 부분(14) 사이에 형성된다. 이는, 2가지 재료의 상이한 열적 기계적 거동들의 문제점을 해소할 수 있도록 한다. 야금학적 접합은, 그에 따라, 극도로 기계적으로 강하다. 이러한 강한 야금학적 접합은, 2개의 부분(14, 15)의 분리를 불가능하게 만든다.

페라이트계 구상 흑연 주철이 스테이터 외측 부분(14)을 형성하는 경우에, 페라이트계 구상 흑연 주철의 주조 온도는, 1300 ℃ 내지 1600 ℃ 사이, 그리고 더욱 바람직하게 1300 ℃ 내지 1400 ℃ 사이와 같이, 1300 ℃를 초과할 수 있다. 스테이터 외측 부분(14)에 의한 오버몰딩(overmoulding)은, 스테이터 삽입체(15)의 열처리에서 지원하기 위한 에너지를 제공할 수 있다.

스테이터 외측 부분(14)의 몰딩 이전에, 스테이터 삽입체(15)의 외측 표면들은, 몰드 잔류물(입자 모래 또는 다른 요소들) 및/또는 코어 잔류물을 제거하도록 준비되고, 따라서 스테이터 삽입체(15)의 외측 벽의 거칠기는, 예를 들어, 거친 표면 마감에 대응하는, 6 내지 12 마이크로미터 사이에 놓인다. 발명자들은, 그러한 표면 마감이, 반직관적인, 더 우수한 결과를 획득할 수 있도록 한다는 것을, 확인했다.

또한, 스테이터 삽입체(15)의 외측 벽은 유리하게, 스테이터 외측 부분(14)과 스테이터 삽입체(15) 사이의 야금학적 접합의 품질을 약화시키는 구멍들 또는 공기 틈새들을 형성할 수 있는, 나사들, 홈들, 널링부 또는, 기복을 갖는 다른 요소들을 갖지 않는다.

더불어, 진공 펌프(1)의 적어도 하나의 회전 샤프트(8, 9)가, 2가지 타입의 주철과 같은, 2가지 상이한 타입의 재료로 형성될 수 있다.

그에 따라, 적어도 하나의 회전 샤프트(8, 9)가, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체(17) 및 적어도 10%의 니켈을 함유하는 샤프트 외측 부분(18)을 구비한다(도 6).

1% 미만의 니켈을 함유하는 것과 같은, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체(17)는, 예를 들어, 페라이트계 구상 흑연 주철이다.

적어도 90%와 같은, 적어도 30% 또는 35%의 니켈을 함유하는 것과 같은, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 샤프트 외측 부분(18)은, 스테이터 삽입체(15)에 대해 이상에 설명된 바와 같이, 오스테나이트계 구상 흑연 주철과 같은, 주철 합금일 수 있으며, 또는 100%의 니켈일 수 있다.

샤프트 외측 부분(18)은, 루트 타입 로터와 같은, 또는 나사 형성 스크류 펌프 부품과 같이 다른 형태를 구비하는, 적어도 하나의 로터(10, 11)를 지탱하도록 의도된다.

샤프트 외측 부분(18)은, 부식성 가스와 접촉 상태에 놓일 수 있을 것이다. 더욱 부식 저항성의 재료로 형성되는 것이, 그에 따라, 샤프트(8)의 이러한 부분이다. 샤프트 삽입체(17)의 재료는, 특히 우수한 휨 강도를 보장하도록, 더 우수한 기계적 강도를 갖는다.

샤프트 삽입체(17)는, 샤프트 외측 부분(18) 내에 주조된다.

이를 실행하기 위해, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 샤프트 외측 부분(18)이, 대략 튜브형 형상으로 형성되며(단계 101, 도 5), 그리고 이어서, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철 샤프트 삽입체(17)가, 샤프트 외측 부분(18) 내에 주조된다(단계 102).

샤프트 외측 부분(18)은, 샤프트 삽입체(17)를 반경 방향으로 둘러쌀 수 있다. 샤프트 외측 부분(18)은, 그에 따라, 샤프트(8, 9)의 제조 도중에, 샤프트 삽입체(17)를 위한 몰드로서, 역할을 한다.

스테이터(2)에 대한 것과 같이, 페라이트계 구상 흑연 주철이 샤프트 삽입체(17)를 형성하는 경우에, 페라이트계 구상 흑연 주철의 주조 온도는, 1300 ℃ 내지 1600 ℃ 사이, 그리고 더욱 바람직하게 1300 ℃ 내지 1400 ℃ 사이와 같이, 1300 ℃를 초과할 수 있다.

부가적으로, 샤프트 삽입체(17)의 몰딩 이전에, 샤프트 외측 부분(18)의 내측 벽의 거칠기는, 예를 들어, 6 내지 12 마이크로미터 사이이다. 샤프트 외측 부분(18)의 내측 벽 또한, 바람직하게, 나사들, 홈들, 널링부 또는, 장애 위험을 나타내는 기복을 갖는 다른 요소들을 갖지 않는다.

샤프트 외측 부분(18)의 반경 방향 두께(d)는, 얇은 층들로 성막되는 종래 기술의 코팅의 수 미크론과 비교하여 상대적으로 큰, 0.6 cm 내지 2 cm 사이와 같이, 0.5 cm를 초과할 수 있을 것이다. 그러한 고체 샤프트 외측 부분(18)은, 샤프트(8, 9)의 표면에 대한 기계적 충격의 경우에, 부식성 가스가 통상적인 주철에 도달하는 것을 방지할 수 있도록 한다. 대조적으로, 충격의 경우에, 부식성 가스는, 니켈-풍부 합금 또는 니켈과 계속 접촉한다. 샤프트 외측 부분(18)은 그에 따라, 부식성 가스에 대한 자체의 보호 레벨을 낮추지 않는 가운데, 작은 충격 및 마모에 종속될 수 있다. 더불어, 샤프트 외측 부분(18)의 이러한 고체 양태로 인해, 손상될 수 있는 부분들을, 진공 펌프의 유지보수 도중에, 재구성하는 것이 가능하다.

진공 펌프(1)는, 예를 들어, 이러한 방식으로 생성되는 2개의 회전 샤프트(8, 9) 및, 이러한 방식으로 생성되는 운반 측의 2개 또는 3개의 스테이터(2)를 특징으로 한다.

작은 체적의 로터들(10, 11)은, 전체적으로, 오스테나이트계 구상 흑연 주철과 같은, 적어도 10%, 또는 30%, 또는 35%의 니켈을 함유하는 주철과 같은, 니켈-풍부 합금으로 이루어질 수 있으며, 또는 니켈일 수 있을 것이다.

이러한 방식으로, 진공 펌프(1)의 오작동으로 이어질 수 있는, 스테이터들(2)과 로터들(10, 11) 사이의 기능적 간극들 내에서의 부식 층들의 형성을 제한할 수 있다. 이러한 방식으로 획득되는 진공 펌프(1)는, 부식성 가스들에 대해 더욱 저항성이고, 과도하게 비싸지 않으며, 그리고 우수한 기계적 강도를 갖는다.

Claims

건식 진공 펌프(1)의 스테이터(2)로서, 진공 펌프(1)는, 스테이터(2)의 흡입 유입구(4, 5)와 운반 배출구(6) 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한, 스테이터(2)의 중앙 하우징(3) 내에서 반대 방향으로 동기화된 방식으로 회전할 수 있는 적어도 2개의 로터(10, 11)를 구비하는 것인, 스테이터(2)에 있어서:
- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 스테이터 외측 부분(14), 및
- 상기 진공 펌프(1)의 상기 로터들(10, 11)을 수용하도록 구성되는 상기 중앙 하우징(3) 내에 배열되는 스테이터 삽입체(15)로서, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 스테이터 삽입체(15)
를 포함하고,
- 상기 스테이터 외측 부분(14)은, 상기 스테이터 삽입체(15) 상에 주조된 것인 것을 특징으로 하는 스테이터.
제 1항에 있어서,
상기 스테이터 외측 부분(14)은 상기 스테이터 삽입체(15)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 스테이터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 중앙 하우징(3)과 소통 상태에 놓이는 적어도 하나의 스테이지간 덕트(13)가, 적어도 부분적으로 상기 스테이터 삽입체(15) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 스테이터.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터 삽입체(15)는, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하는, 구상 흑연 주철과 같은, 주철과 같은, 합금인 것을 특징으로 하는 스테이터.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터 삽입체(15)는 니켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테이터.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터 외측 부분(14)은, 구상 흑연 주철과 같은, 주철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테이터.
흡입 유입구(4, 5)와 운반 배출구(6) 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한 적어도 하나의 펌핑 스테이지(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)를 구비하는 건식 진공 펌프(1)로서,
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 스테이터(2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
건식 진공 펌프(1)의 스테이터(2)를 제조하는 방법(100)으로서:
- 적어도 10%의 니켈을 함유하는 스테이터 삽입체(15)가 먼저 형성되는 단계(단계 101),
- 이어서, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 스테이터 외측 부분(14)이, 상기 스테이터 삽입체(15) 상에 주조되는 단계(단계 102)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이터 제조 방법.
적어도 하나의 스테이터(2) 및, 흡입 유입구(4, 5)와 운반 배출구(6) 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위해, 상기 스테이터(2) 내에서 동기화된 방식으로 반대 방향으로 회전할 수 있는, 적어도 2개의 로터(10, 11)를 구비하는, 건식 진공 펌프(1)를 위한 회전 샤프트(8, 9)로서, 적어도 하나의 로터(10, 11)를 지탱하고 회전 구동하도록 구성되는 것인, 회전 샤프트(8, 9)에 있어서:
- 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체(17), 및
- 상기 진공 펌프(1)의 적어도 하나의 로터(10, 11)를 지탱하도록 의도되는 샤프트 외측 부분(18)으로서, 적어도 10%의 니켈을 함유하는 것인, 샤프트 외측 부분(18)
을 포함하고,
- 상기 샤프트 삽입체(17)는, 상기 샤프트 외측 부분(14) 내에 주조된 것인 것을 특징으로 하는 회전 샤프트.
제 9항에 있어서,
상기 샤프트 외측 부분(18)은, 상기 샤프트 삽입체(17)를 반경 방향으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 회전 샤프트.
제 9항 또는 제 10항에 있어서,
상기 샤프트 외측 부분(18)은, 적어도 30%의 니켈을 함유하는 것과 같이, 적어도 10%의 니켈을 함유하는, 구상 흑연 주철과 같은, 주철과 같은, 합금인 것을 특징으로 하는 회전 샤프트.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트 외측 부분(18)은 니켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 샤프트.
제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트 삽입체(17)는, 구상 흑연 주철과 같은 주철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 샤프트.
흡입 유입구(4, 5)와 운반 배출구(6) 사이에서 가스가 펌핑되도록 구동하기 위한 적어도 하나의 펌핑 스테이지(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)를 구비하는 건식 진공 펌프(1)로서,
제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 회전 샤프트(8, 9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
건식 진공 펌프(1)의 회전 샤프트(8, 9)를 제조하는 방법으로서:
- 적어도 10%의 니켈을 함유하는 샤프트 외측 부분(18)이 대략 튜브형 형상으로 먼저 형성되는 단계(단계 101),
- 이어서, 5% 미만의 니켈을 함유하는 주철로 이루어지는 샤프트 삽입체(17)가, 상기 샤프트 외측 부분(18) 내에 주조되는 단계(단계 102)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 샤프트 제조 방법.