[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, eine Rotoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7, ein Verfahren
zur Herstellung einer Rotoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und ein
Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
15.
[0002] Vakuumpumpen, wie zum Beispiel Turbomolekularpumpen, werden in unterschiedlichen
Bereichen der Technik verwendet, um ein für einen jeweiligen Prozess notwendiges Vakuum
zu schaffen. Eine Turbomolekularpumpe umfasst typischerweise eine Rotorwelle, mehrere
mit der Rotorwelle verbundene Rotorscheiben sowie zwischen den Rotorscheiben angeordnete
Statorscheiben. Die Rotor- und Statorscheiben weisen dabei jeweils Schaufeln auf,
welche auch als Blätter bezeichnet werden. Die Schaufeln bilden eine pumpaktive Struktur
und bewirken bei einer schnellen Drehung der Rotoranordnung relativ zu der Statoranordnung
die gewünschte Pumpwirkung.
[0003] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Rotoranordnungen von Turbomolekularpumpen
aus einem monolithischen Block spanend zu fertigen oder aus mehreren einzelnen Rotorscheiben
zusammenzufügen. Die Fertigung aus einem Stück ist dabei sehr zeit- und fertigungsaufwändig.
Das Zusammenfügen der Rotoranordnung aus mehreren Scheiben ist demgegenüber weniger
zeit- und fertigungsaufwändig. Dabei werden die Rotorscheiben einzeln gefertigt und
anschließend mit der Welle zusammengefügt. Das Fügen geschieht durch Aufpressen, Aufschrumpfen
oder auch durch Aufklemmen der Rotorscheiben auf die Rotorwelle.
[0004] Aus der
WO 2010/052056 A1 ist es außerdem bekannt, eine Rotoranordnung aus mehreren Rotorelementen zusammenzusetzen.
Jedes Rotorelement weist dabei einen kreisförmigen, zylindrischen Ansatz auf. Die
Ansätze sind jeweils mit einer Rotorscheibe verbunden. Die Rotorelemente werden über
ein Schrumpfverfahren miteinander verbunden und bilden dabei auch die Rotorwelle aus.
[0005] Bei einer Rotoranordnung, die eine Rotorwelle mit aufgepressten, aufgeschrumpften
oder auch aufgeklemmten Rotorscheiben aufweist, müssen die Rotorscheiben mit hohen
Fügekräften an der Rotorwelle befestigt werden, da nur so sichergestellt werden kann,
dass sich die Rotorscheiben im Betrieb nicht von der Rotorwelle lösen, zumal bei hohen
Drehzahlen der Rotoranordnung, wie sie bei einer Vakuumpumpe und insbesondere bei
Turbomolekularpumpen auftreten können, aufgrund der hohen Zentrifugalkräfte die Fügekräfte
noch verringert werden. Auch durch Temperatureinwirkungen können die Fügekräfte vermindert
werden. Außerdem ist die Materialbelastung an den Fügestellen zwischen den Rotorscheiben
und der Rotorwelle bereits im Ruhezustand sehr hoch. Zusätzlich erhöhen sich bei zunehmender
Rotordrehzahl die Vergleichsspannungen in der Rotorscheibe signifikant unter dem Einfluss
der Fliehkraft.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rotoranordnung
für eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, bereitzustellen,
die auf fertigungstechnisch einfache Weise herstellbar ist und die verbesserte Eigenschaften
hinsichtlich der Fügestellen und an diesen auftretende Materialbelastungen aufweist.
[0007] Die Aufgabe wird durch eine Rotoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw.
durch eine Rotoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
[0008] Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer verbesserten Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe bereitzustellen.
[0009] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 14 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
[0010] Eine erfindungsgemäße Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine
Turbomolekularpumpe, umfasst eine Rotorwelle und wenigstens eine Rotorscheibe, die
eine zentrale Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Rotorwelle aufweist, wobei die Rotorscheibe
auf der Rotorwelle angeordnet ist und zwischen der Rotorscheibe und der Rotorwelle
eine mechanische Verbindung ausgebildet ist, wobei die mechanische Verbindung mittels
eines thermischen Fügeverfahrens realisiert ist.
[0011] Bei der erfindungsgemäßen Rotoranordnung ist die Rotorscheibe somit nicht auf der
Rotorwelle aufgepresst, aufgeschrumpft oder aufgeklemmt, sondern mittels des thermischen
Fügeverfahrens mit der Rotorwelle mechanisch verbunden. Dadurch entsteht keine oder
nur eine geringfügige Materialbelastung an der Fügestelle zwischen der Rotorscheibe
und der Rotorwelle, wodurch unter anderem auch das Verhalten der Rotorwelle bei hohen
Drehzahlen, wie sie insbesondere bei Turbomolekularpumpen auftreten, verbessert werden
kann. Durch die mittels des thermischen Fügeverfahrens realisierten mechanischen Verbindungen
zwischen den Rotorscheiben und der Rotorwelle werden die Rotorwelle und die Rotorscheiben
dauerhaft und unlösbar zu einem Stück zusammengefügt. Die erfindungsgemäße Rotoranordnung
weist somit zumindest im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften, insbesondere bezüglich
der internen Spannungsverhältnisse, wie eine monolithisch hergestellte Rotoranordnung
auf. Dabei können bei der erfindungsgemäßen Rotoranordnung die Rotorscheiben einzeln
gefertigt sein, was gegenüber der Fertigung einer monolithischen Rotoranordnung vom
Zeit- und Fertigungsaufwand her günstiger ist.
[0012] Bei dem thermischen Fügeverfahren kann es sich insbesondere um ein Schweißverfahren,
bevorzugt um Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen
oder um eine Kombination aus den genannten Schweißverfahren, oder um ein Lötverfahren
handeln.
[0013] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umgibt eine die Aufnahmeöffnung umrandende
Innenwand der Rotorscheibe eine Außenseite der Rotorwelle und die mechanische Verbindung
ist zwischen der Innenwand und der Außenseite ausgebildet. Die Innenseite der Rotorscheibe
ist daher mit der den Außenumfang bildenden Außenseite der Rotorwelle mechanisch verbunden.
Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Verbindung besonders einfach mittels des
thermischen Fügeverfahrens zwischen der Innenwand und der Außenseite ausgebildet werden
kann, da sich die Innenwand und die Außenseite einander gegenüberstehen, wenn die
Rotorscheibe auf die Rotorwelle aufgesteckt ist.
[0014] Bevorzugt ist die mechanische Verbindung über den gesamten Umfang der Rotorwelle
zwischen der Außenseite und der Innenwand ausgebildet. In Umfangsrichtung der Rotorwelle
gesehen ist die mechanische Verbindung somit über den vollen Umfang der Rotorwelle
zwischen deren Außenseite und der Innenwand der Rotorscheibe ausgebildet. Dadurch
können die Laufeigenschaften der sich drehenden Rotoranordnung verbessert werden.
Insbesondere kann eine sich durch die mechanische Verbindung zwischen der Rotorscheibe
und der Rotorwelle bewirkte Unwucht vermieden oder zumindest gering gehalten werden.
[0015] Die mechanische Verbindung zwischen der Innenwand und der Außenseite kann über die
gesamte axiale Länge der Innenwand ausgebildet sein. Dadurch lässt sich eine besonders
feste mechanische Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Rotorscheibe bewerkstelligen,
so dass auch bei sehr hohen Drehzahlen und der dadurch auf die Rotorscheibe wirkenden
hohen Fliehkräfte sich die Rotorscheibe nicht von der Rotorwelle löst.
[0016] Bevorzugt ist die Rotorscheibe nicht noch - zusätzlich zu der mittels des thermischen
Fügeverfahrens bewerkstelligten mechanischen Verbindung zwischen der Rotorscheibe
und der Rotorwelle - auf die Rotorwelle aufgepresst, aufgeschrumpft oder aufgeklemmt.
Die durch Aufpressen, Aufschrumpfen oder Aufklemmen hervorgerufenen Materialbelastungen
können daher vermieden werden.
[0017] Vorzugsweise weist die Rotorwelle wenigstens einen Abschnitt auf, dessen Außendurchmesser
größer als der Außendurchmesser eines in axialer Richtung gesehen vorhergehenden Bereichs
der Rotorwelle und kleiner als der Außendurchmesser eines in axialer Richtung gesehen
nachfolgenden Bereichs der Rotorwelle ist, wobei wenigstens eine Rotorscheibe auf
den Abschnitt aufgesteckt ist. Die Rotorwelle kann somit in Art einer gestuften Rotorwelle
ausgestaltet sein, die in ihrer Längserstreckung gesehen Bereiche bzw. Abschnitte
mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist. Dabei kann wenigstens eine und bevorzugt
genau eine Rotorscheibe auf den Abschnitt aufgesteckt sein. Wenn mehr als eine Rotorscheibe,
z.B. zwei oder drei Rotorscheiben, auf den Abschnitt aufgesteckt sind, dann handelt
es sich in der Regel um verhältnismäßig dünne bzw. flache Rotorscheiben. Die mehreren
Rotorscheiben können in einem Fügevorgang mit der Rotorwelle verbunden werden.
[0018] Bevorzugt schließt sich der vorhergehende Bereich in axialer Richtung gesehen unmittelbar
an den Abschnitt an. Entsprechendes gilt für den nachfolgenden Bereich. Der Übergang
vom vorhergehenden Bereich in den Abschnitt und vom Abschnitt in den nachfolgenden
Bereich verläuft somit bevorzugt abrupt.
[0019] Vorzugsweise entspricht die axiale Länge des Abschnitts der Rotorwelle zumindest
im Wesentlichen der axialen Länge mindestens einer Rotorscheibe. Bevorzugt entspricht
die axiale Länge des Abschnitts der Rotorwelle zumindest im Wesentlichen der axialen
Länge der aufgesteckten Rotorscheibe. An den nachfolgenden Bereich kann sich in axialer
Richtung gesehen ein weiterer Abschnitt der Rotorwelle anschließen, dessen Außendurchmesser
größer ist als der Außendurchmesser des nachfolgenden Bereichs und auf den wiederum
wenigstens eine Rotorscheibe aufgesteckt sein kann. Dabei ist bevorzugt die axiale
Länge des nachfolgenden Bereichs so gewählt, dass sich ein gewünschter Abstand zwischen
der auf den Abschnitt und der auf den weiteren Abschnitt aufgesteckten Rotorscheibe
ergibt.
[0020] Die Erfindung betrifft auch eine Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere
für eine Turbomolekularpumpe, mit zwei oder mehr Rotorscheiben, die bezüglich einer
Rotationsachse ausgerichtet und in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander
angeordnet sind, wobei zwischen benachbarten Rotorscheiben eine mechanische Verbindung
ausgebildet ist, die unmittelbar zwischen den benachbarten Rotorscheiben mittels eines
thermischen Fügeverfahrens realisiert ist.
[0021] Bei der Rotoranordnung sind benachbarte Rotorscheiben mittels des thermischen Fügeverfahrens
daher direkt mechanisch miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die aneinandergereihten
Rotorscheiben selbst die Rotorwelle ausbilden können.
[0022] Bei dem thermischen Fügeverfahren handelt es sich bevorzugt um ein Schweißverfahren,
wie etwa Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen
oder um eine Kombination aus den genannten Schweißverfahren, oder um ein Lötverfahren.
[0023] Durch das mechanische Verbinden der Rotorscheiben mittels des thermischen Fügeverfahrens
können die Rotorscheiben einzeln gefertigt und anschließend zu einem Stück zusammengefügt
werden, so dass die daraus gebildete Rotoranordnung im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften
wie eine monolithische Rotoranordnung aufweist, wenngleich sich die erfindungsgemäße
Rotoranordnung mit geringerem Aufwand im Vergleich zu einer monolithischen Rotoranordnung
herstellen lässt.
[0024] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist jede Rotorscheibe einen Scheibenkörper
auf, an welchem bezogen auf die Rotationsachse nach radial außen wegstehende Rotorblätter
angeordnet sind, und die mechanische Verbindung ist unmittelbar zwischen den Scheibenkörpern
benachbarter Rotorscheiben ausgebildet. Die Scheibenkörper benachbarter Rotorscheiben
sind somit mittels des thermischen Fügeverfahrens direkt miteinander verbunden. Dadurch
kann auf einfache Weise eine dauerhafte Verbindung zwischen den Rotorscheiben erreicht
werden, die die Rotorscheiben auch bei hohen Drehzahlen sicher zusammenhält.
[0025] Vorzugsweise sind die Rotorscheiben derart hintereinander angeordnet, dass eine Unterseite
des Scheibenkörpers einer Rotorscheibe einer Oberseite des Scheibenkörpers einer benachbarten
Rotorscheibe gegenübersteht, und die mechanische Verbindung ist unmittelbar zwischen
der Unterseite der einen Rotorscheibe und der Oberseite der anderen Rotorscheibe ausgebildet.
Dadurch kann auf einfache Weise eine unmittelbare mechanische Verbindung zwischen
benachbarten Rotorscheiben bewerkstelligt werden.
[0026] Vorzugsweise ist an der Unterseite des Scheibenkörpers jeder Rotorscheibe eine Aufnahmeöffnung
und an der Oberseite des Scheibenkörpers jeder Rotorscheibe ist ein komplementär zur
Aufnahmeöffnung ausgebildeter Aufsatz ausgebildet, wobei der Aufsatz des Scheibenkörpers
einer Rotorscheibe, insbesondere unter Ausbildung einer Steckverbindung, in die Aufnahmeöffnung
des Scheibenkörpers der benachbarten Rotorscheibe eingesteckt ist. Benachbarte Rotorscheiben
lassen sich somit auf einfache Weise durch Zusammenstecken untereinander verbinden.
Insbesondere nach dem Zusammenstecken können die Rotorscheiben mittels des thermischen
Fügeverfahrens dann mechanisch dauerhaft miteinander verbunden werden.
[0027] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Aufsatz einen Außendurchmesser auf,
der relativ zum Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung in Art einer Übermaßpassung ausgebildet
ist. Dadurch kann erreicht werden, dass zusammengesteckte Rotorscheiben bereits durch
die zwischen der Aufnahmeöffnung und dem Aufsatz realisierte Steckverbindung fest
miteinander verbunden sind, was z.B. auch für das thermische Zusammenfügen der Rotorscheiben
vorteilhaft ist.
[0028] Vorzugsweise sind die Aufnahmeöffnung und der Aufsatz zentrisch zur Rotationsachse
an der Unterseite bzw. Oberseite des jeweiligen Scheibenkörpers angeordnet. Dadurch
lässt sich auf eine einfache Weise eine Zentrierung der Scheiben zueinander mit Bezug
auf die Dreh- bzw. Rotationsachse erreichen.
[0029] Die Erfindung betrifft auch eine Vakuumpumpe mit einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung,
eine mit der Rotoranordnung zusammenwirkende Statoranordnung, und einem Antrieb zum
rotierenden Antreiben der Rotoranordnung.
[0030] Bei der Vakuumpumpe handelt es sich insbesondere um eine Turbomolekularpumpe oder
um eine andere Art von Vakuumpumpen, bei der ein schnell drehender Rotor, insbesondere
mit Drehzahlen von mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute, zum Einsatz kommt.
[0031] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung für
eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, bei dem eine Rotorscheibe
mit einer zentralen Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle auf der Rotorwelle
angeordnet und zwischen der Rotorscheibe und der Rotorwelle eine mechanische Verbindung
ausgebildet wird, wobei die mechanische Verbindung mittels eines thermischen Fügeverfahrens
realisiert wird.
[0032] Bevorzugt umgibt eine die Aufnahmeöffnung umrandende Innenwand der auf die Rotorwelle
aufgesteckten Rotorscheibe eine Außenseite der Rotorwelle und die mechanische Verbindung
wird zwischen der Innenwand der Rotorscheibe und der Außenseite der Rotorwelle ausgebildet.
Die mechanische Verbindung wird vorzugsweise über den gesamten Umfang der Rotorwelle
gesehen zwischen der Außenseite der Rotorwelle und der Innenwand der Rotorscheibe
ausgebildet. Vorzugsweise wird die mechanische Verbindung auch über die gesamte axiale
Länge der Innenwand zwischen der Innenwand der Rotorscheibe und der Außenseite der
Rotorwelle ausgebildet.
[0033] Die Rotorscheibe wird insbesondere nicht auf die Rotorwelle aufgepresst, aufgeschrumpf
oder aufgeklemmt.
[0034] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rotorwelle bereitgestellt,
die wenigstens einen Abschnitt aufweist, dessen Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser
eines in axialer Richtung gesehen vorhergehenden Bereichs der Rotorwelle und kleiner
als der Außendurchmesser eines in axialer Richtung gesehen nachfolgenden Bereichs
der Rotorwelle ist, und die Rotorscheibe wird auf den Abschnitt aufgesteckt und die
mechanische Verbindung wird zwischen dem Abschnitt und der Rotorscheibe mittels des
thermischen Fügeverfahrens hergestellt.
[0035] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung für
eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, mit zwei oder mehr Rotorscheiben,
die bezüglich einer Rotationsachse ausgerichtet und in Richtung der Rotationsachse
gesehen hintereinander angeordnet werden, wobei zwischen benachbarten Rotorscheiben
eine mechanische Verbindung ausgebildet wird, wobei die mechanische Verbindung unmittelbar
zwischen den benachbarten Rotorscheiben mittels eines thermischen Fügeverfahrens realisiert
wird.
[0036] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werden Rotorscheiben bereitgestellt, die jeweils
einen Scheibenkörper aufweisen, an welchem bezogen auf die Rotationsachse nach radial
außen wegstehende Rotorblätter angeordnet sind, und die mechanische Verbindung wird
unmittelbar zwischen den Scheibenkörpern benachbarter Rotorscheiben ausgebildet.
[0037] Die Rotorscheiben werden insbesondere derart hintereinander angeordnet, dass eine
Unterseite des Scheibenkörpers einer Rotorscheibe einer Oberseite des Scheibenkörpers
einer benachbarten Rotorscheibe gegenübersteht, und die mechanische Verbindung wird
unmittelbar zwischen der Unterseite der einen Rotorscheibe und der Oberseite der anderen,
benachbarten Rotorscheibe ausgebildet.
[0038] Vorzugsweise ist an der Unterseite des Scheibenkörpers jeder Rotorscheibe eine Aufnahmeöffnung
und an der Oberseite des Scheibenkörpers jeder Rotorscheibe ist ein komplementär zur
Aufnahmeöffnung ausgebildeter Aufsatz ausgebildet, wobei der Aufsatz des Scheibenkörpers
einer Rotorscheibe in die Aufnahmeöffnung des Scheibenkörpers der benachbarten Rotorscheibe
eingesteckt wird, insbesondere unter Ausbildung einer Steckverbindung zwischen den
beiden Rotorscheiben.
[0039] Bei dem in den erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommenden Fügeverfahren handelt
es sich insbesondere um ein Schweißverfahren, insbesondere um Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen,
Reibschweißen, Reibrührschweißen oder um eine Kombination aus den genannten Schweißverfahren,
oder um ein Lötverfahren.
[0040] Die Rotorscheiben können, insbesondere einzeln, mittels Laser gefertigt sein, insbesondere
mittels Laserablation und/oder mittels Laserschneiden.
[0041] Die Erfindung betrifft auch eine Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere
für eine Turbomolekularpumpe, mit einer Rotorwelle und wenigstens einer Rotorscheibe,
die eine zentrale Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Rotorwelle aufweist, wobei die
Rotorscheibe auf der Rotorwelle angeordnet ist und zwischen der Rotorscheibe und der
Rotorwelle eine mechanische Verbindung ausgebildet ist, wobei die mechanische Verbindung
mittels Kleben realisiert ist. Zur Herstellung der mechanischen Verbindung kann somit
ein Klebstoff verwendet werden.
[0042] Die Erfindung betrifft auch eine Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere
für eine Turbomolekularpumpe, mit zwei oder mehr Rotorscheiben, die bezüglich einer
Rotationsachse ausgerichtet und in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander
angeordnet sind, wobei zwischen benachbarten Rotorscheiben eine mechanische Verbindung
ausgebildet ist, wobei die mechanische Verbindung unmittelbar zwischen den benachbarten
Rotorscheiben mittels Kleben realisiert ist.
[0043] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt,
- Fig. 2
- eine schematische Querschnittsdarstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung,
und
- Fig. 3
- eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen
Rotoranordnung.
[0044] Die in Fig. 1 gezeigte Vakuumpumpe umfasst einen von einem Einlassflansch 11 umgebenen
Pumpeneinlass 10 und einen Pumpenauslass 12 sowie mehrere Prozessgaspumpstufen zur
Förderung des an dem Pumpeneinlass 10 anstehenden Prozessgases zu dem Pumpenauslass
12. Die Vakuumpumpe umfasst ein Gehäuse 64 und einen in dem Gehäuse 64 angeordneten
Rotor 16 mit einer um die Rotationsachse 14 drehbar gelagerten Rotorwelle 15.
[0045] Die Pumpe ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Turbomolekularpumpe ausgebildet
und umfasst mehrere pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete turbomolekulare Pumpstufen
mit mehreren an der Rotorwelle 15 befestigten radialen Rotorscheiben 66 und zwischen
den Rotorscheiben 66 angeordneten und in dem Gehäuse 64 festgelegten Statorscheiben
68, wobei eine Rotorscheibe 66 und eine benachbarte Statorscheibe 68 jeweils eine
turbomolekulare Pumpstufe bilden. Die Statorscheiben 68 sind durch Abstandsringe 70
in einem gewünschten axialen Abstand zueinander gehalten.
[0046] Die Vakuumpumpe umfasst außerdem vier in radialer Richtung ineinander angeordnete
und pumpwirksam miteinander in Serie geschaltete Holweckpumpstufen. Der Rotor der
Holweckpumpstufen umfasst eine mit der Rotorwelle 15 einteilig ausgebildete Rotornabe
72 und zwei an der Rotornabe 72 befestigte und von dieser getragene zylindermantelförmige
Holweckrotorhülsen 74, 76, die koaxial zur Rotationsachse 14 orientiert und in radialer
Richtung ineinander geschachtelt sind. Ferner sind zwei zylindermantelförmige Holweckstatorhülsen
78, 80 vorgesehen, die ebenfalls koaxial zu der Rotationsachse 14 orientiert und in
radialer Richtung ineinander geschachtelt sind. Eine dritte Holweckstatorhülse ist
durch einen Aufnahmeabschnitt 132 des Gehäuses 64 gebildet, der zur Aufnahme und Festlegung
des Antriebsmotors 20 dient.
[0047] Die pumpaktiven Oberflächen der Holweckpumpstufen sind durch die Mantelflächen, d.h.
die radialen Innen- und Außenflächen, der Holweckrotorhülsen 74, 76, der Holweckstatorhülsen
78, 80 und des Aufnahmeabschnitts 132 gebildet. Die radiale Innenfläche der äußeren
Holweckstatorhülse 78 liegt der radialen Außenfläche der äußeren Holweckrotorhülse
74 unter Ausbildung eines radialen Holweckspalts 82 gegenüber und bildet mit dieser
die erste Holweckpumpstufe. Die radiale Innenfläche der äußeren Holweckrotorhülse
74 steht der radialen Außenfläche der inneren Holweckstatorhülse 80 unter Ausbildung
eines radialen Holweckspalts 84 gegenüber und bildet mit dieser die zweite Holweckpumpstufe.
Die radiale Innenfläche der inneren Holweckstatorhülse 80 liegt der radialen Außenfläche
der inneren Holweckrotorhülse 76 unter Ausbildung eines radialen Holweckspalts 86
gegenüber und bildet mit dieser die dritte Holweckpumpstufe. Die radiale Innenfläche
der inneren Holweckrotorhülse 76 liegt der radialen Außenfläche des Aufnahmeabschnitts
132 unter Ausbildung eines radialen Holweckspalts 87 gegenüber und bildet mit dieser
die vierte Holweckpumpstufe.
[0048] Die vorstehend genannten pumpaktiven Oberflächen der Holweckstatorhülsen 78, 80 und
des Aufnahmeabschnitts 132 weisen jeweils mehrere spiralförmig um die Rotationsachse
14 herum in axialer Richtung verlaufende Holwecknuten auf, während die gegenüberliegenden
Mantelflächen der Holweckrotorhülsen 74, 76 glatt ausgebildet sind und das Gas im
Betrieb der Vakuumpumpe in den Holwecknuten vorantreiben.
[0049] Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 15 sind ein Wälzlager 88 im Bereich des Pumpenauslasses
12 und ein Permanentmagnetlager 90 im Bereich des Pumpeneinlasses 10 vorgesehen.
[0050] Im Bereich des Wälzlagers 88 ist an der Rotorwelle 15 eine konische Spritzmutter
92 mit einem zu dem Wälzlager 88 hin zunehmenden Außendurchmesser vorgesehen. Die
Spritzmutter 92 steht mit zumindest einem Abstreifer eines Betriebsmittelspeichers
in gleitendem Kontakt. Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte
saugfähige Scheiben 94, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 88, zum Beispiel
mit einem Schmiermittel, getränkt sind. Im Betrieb der Vakuumpumpe wird das Betriebsmittel
durch kapillare Wirkung von dem Betriebsmittelspeicher über den Abstreifer auf die
rotierende Spritzmutter 92 übertragen und infolge der Zentrifugalkraft entlang der
Spritzmutter 92 in Richtung des größer werdenden Außendurchmessers der Spritzmutter
92 zu dem Wälzlager 88 hin gefördert, wo es z.B. eine schmierende Funktion erfüllt.
Das Wälzlager 88 und der Betriebsmittelspeicher sind durch einen wannenförmigen Einsatz
96 und ein Deckelelement 98 der Vakuumpumpe eingefasst.
[0051] Das Permanentmagnetlager umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 100 und eine statorseitige
Lagerhälfte 102, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung
aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 104 bzw. 106 umfassen. Die Magnetringe
104, 106 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 108 gegenüber,
wobei die rotorseitigen Magnetringe 104 radial außen und die statorseitigen Magnetringe
106 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 108 vorhandene magnetische
Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Magnetringen 104, 106 hervor,
welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 15 bewirken.
[0052] Die rotorseitigen Magnetringe 104 sind von einem Trägerabschnitt 110 der Rotorwelle
getragen, welcher die Magnetringe 104 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen
Magnetringe sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 112 getragen, welcher sich
durch die Magnetringe 106 hindurch erstreckt und an radialen Streben 114 des Gehäuses
64 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 14 sind die rotorseitigen Magnetringe
104 in der einen Richtung durch ein mit dem Trägerabschnitt 110 gekoppeltes Deckelelement
116 und in der anderen Richtung durch einen radial vorstehenden Schulterabschnitt
des Trägerabschnitts 110 festgelegt. Die statorseitigen Magnetringe 106 sind parallel
zu der Rotationsachse 14 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt
112 verbundenen Befestigungsring 118 und ein zwischen dem Befestigungsring 118 und
den Magnetringen 106 angeordnetes Ausgleichselement 120 und in der anderen Richtung
durch einen mit dem Trägerabschnitt 112 verbundenen Stützring 122 festgelegt.
[0053] Innerhalb des Magnetlagers ist ein Not- bzw. Fanglager 124 vorgesehen, welches im
normalen Betrieb der Vakuumpumpe ohne Berührung leer läuft und erst bei einer übermäßigen
radialen Auslenkung des Rotors 16 relativ zu den Stator in Eingriff gelangt, um einen
radialen Anschlag für den Rotor 16 zu bilden, der eine Kollision der rotorseitigen
Strukturen mit den statorseitigen Strukturen verhindert. Das Fanglager 124 ist als
ungeschmiertes Wälzlager ausgebildet und bildet mit dem Rotor 16 und/oder dem Stator
einen radialen Spalt, welcher bewirkt, dass das Fanglager 124 im normalen Pumpbetrieb
außer Eingriff ist. Die radiale Auslenkung, bei der das Fanglager 124 in Eingriff
gelangt, ist groß genug bemessen, so dass das Fanglager 124 im normalen Betrieb der
Vakuumpumpe nicht in Eingriff gelangt, und gleichzeitig klein genug, so dass eine
Kollision der rotorseitigen Strukturen mit den statorseitigen Strukturen unter allen
Umständen verhindert wird.
[0054] Die Vakuumpumpe umfasst einen Antriebsmotor 20 zum drehenden Antreiben des Rotors
16. Der Antriebsmotor 20 umfasst einen Motorstator 22 mit einem Kern 38 und mit ein
oder mehreren in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Spulen 42, die in an der radialen
Innenseite des Kerns 38 vorgesehenen Nuten des Kerns 38 festgelegt sind.
[0055] Der Anker des Antriebsmotors 20 ist durch den Rotor 16 gebildet, dessen Rotorwelle
15 sich durch den Motorstator 22 hindurch erstreckt. Auf dem sich durch den Motorstator
22 hindurch erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 15 ist radial außenseitig eine
Permanentmagnetanordnung 128 festgelegt. Zwischen dem Motorstator 22 und dem sich
durch den Motorstator 22 hindurch erstreckenden Abschnitt des Rotors 16 ist ein Zwischenraum
24 angeordnet, welcher einen radialen Motorspalt umfasst, über den sich der Motorstator
22 und die Permanentmagnetanordnung 128 zur Übertragung des Antriebsmoments magnetisch
beeinflussen.
[0056] Die Permanentmagnetanordnung 128 ist in axialer Richtung durch eine auf die Rotorwelle
15 aufgesteckte Befestigungshülse 126 an der Rotorwelle 15 fixiert. Eine Kapselung
130 umgibt die Permanentmagnetanordnung 128 an deren radialer Außenseite und dichtet
diese gegenüber dem Zwischenraum 24 ab.
[0057] Der Motorstator 22 ist in dem Gehäuse 64 durch einen gehäusefesten Aufnahmeabschnitt
132 festgelegt, welcher den Motorstator 22 radial außenseitig umgibt und den Motorstator
22 in radialer und axialer Richtung abstützt. Der Aufnahmeabschnitt 132 begrenzt gemeinsam
mit der Rotornabe 72 einen Motorraum 18, in dem der Antriebsmotor 20 aufgenommen ist.
[0058] Der Motorraum 18 weist einen auf der einen Seite des Zwischenraums 24 angeordneten
und mit der innenliegenden, vierten Holweckpumpstufe gasleitend verbundenen Einlass
28 und einen auf der gegenüberliegenden Seite des Zwischenraums 24 angeordneten und
mit dem Pumpenauslass 12 gasleitend verbundenen Auslass 30 auf.
[0059] Der Kern 38 des Motorstators 22 weist an seiner radialen Außenseite in dem in Fig.
1 links gezeigten Bereich eine Aussparung 34 auf, die gemeinsam mit dem benachbarten
Bereich des Aufnahmeabschnitts 132 einen Kanal 32 bildet, durch den das in den Motorraum
18 geförderte Prozessgas an dem Zwischenraum 24 vorbei von dem Einlass 28 zu dem Auslass
30 förderbar ist.
[0060] Der Gasweg, auf dem das Prozessgas von dem Pumpeneinlass 10 zu dem Pumpenauslass
12 gelangt, ist in Fig. 1 durch Pfeile 26 veranschaulicht. Das Prozessgas wird ausgehend
von dem Pumpeneinlass 10 zuerst der Reihe nach durch die turbomolekularen Pumpstufen
und anschließend der Reihe nach durch die vier Holweckpumpstufen gefördert. Das aus
der vierten Holweckpumpstufe austretende Gas gelangt in den Motorraum 18 und wird
von dem Einlass 28 des Motorraums 18 durch den Kanal 32 hindurch zu dem Auslass 30
des Motorraums 18 und dem Pumpenauslass 12 gefördert.
[0061] Bei der Vakuumpumpe der Fig. 1 bildet der Rotor 16 eine Rotoranordnung umfassend
die Rotorwelle 15 und die an der Rotorwelle 15 angeordneten Rotorscheiben 66. Der
Rotor 16 kann dabei eine erfindungsgemäße Rotoranordnung darstellen, bei der die mechanische
Verbindung zwischen der Rotorwelle 15 und jeder Rotorscheibe 66 mittels eines thermischen
Fügeverfahrens realisiert ist. Insbesondere kann jede Rotorscheibe 66 mit der Rotorwelle
15 verschweißt sein, zum Beispiel mittels Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen,
Reibschweißen, Reibrührschweißen oder einer Kombination aus den genannten Schweißverfahren.
Alternativ kann jede Rotorscheibe 66 mit der Rotorwelle 15 verlötet sein.
[0062] In Fig. 2 ist eine Variante einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung dargestellt, die
eine gestufte Rotorwelle 15 und mehrere Rotorscheiben 66 umfasst. Jede Rotorscheibe
66 weist einen Ringkörper 134 auf, der eine zentrale Aufnahmeöffnung zur Aufnahme
der Rotorwelle 15 aufweist und an dessen Außenumfang in Umfangsrichtung gesehen versetzt
zueinander angeordnete Rotorblätter 136 angeordnet sind.
[0063] Der Ringkörper 134 jeder Rotorscheibe 66 weist eine bezogen auf die Rotationsachse
14 radial innenliegende und die Aufnahmeöffnung umrandende Innenwand 138 auf, die
bei auf der Rotorwelle 15 aufgesteckter Rotorscheibe 66 der Außenseite der Rotorwelle
15 gegenüberliegt, wie Fig. 2 zeigt. Die mechanische Verbindung zwischen der jeweiligen
Rotorscheibe 66 und der Rotorwelle 15 wird dadurch bewerkstelligt, dass die Innenwand
138 der jeweiligen Rotorscheibe 66 mittels des thermischen Fügeverfahrens mit der
Außenseite der Rotorwelle 15 mechanisch verbunden wird. Dabei ist die mechanische
Verbindung über den gesamten Umfang der Rotorwelle 15 zwischen der Außenseite und
der Innenwand 138 und über die gesamte axiale Länge der Innenwand 138 der jeweiligen
Rotorscheibe 66 ausgebildet. Die axiale Länge bezieht sich dabei auf die Längserstreckung
der Innenwand 138 bezüglich der Rotationsachse 14.
[0064] Durch das thermische Zusammenfügen jeder Rotorscheibe 66 mit der Rotorwelle 15 können
die Rotorscheiben 66 dauerhaft und fest mit der Rotorwelle 15 verbunden werden. Die
Rotorscheiben 66 müssen daher nicht zusätzlich auf die Rotorwelle 15 aufgepresst,
aufgeschrumpft oder aufgeklemmt werden. Bevorzugt sind daher der Innendurchmesser
der Aufnahmeöffnung jeder Rotorscheibe 66 und der Außendurchmesser des jeweiligen
Abschnitts der Rotorwelle 15, auf den die jeweilige Rotorscheibe 66 aufgesteckt wird,
in Art einer Übergangspassung oder einer leichten Presspassung relativ zueinander
dimensioniert.
[0065] Bei der Rotoranordnung der Fig. 2 ist die Rotorwelle 15 als gestufte Rotorwelle ausgebildet.
Die Rotorwelle 15 umfasst einen ersten Abschnitt 140, einen zweiten Abschnitt 142,
und einen dritten Abschnitt 144. In Richtung der Rotationsachse 14 gesehen befindet
sich vor dem ersten Abschnitt 140 ein erster Bereich 146 der Rotorwelle 15. Zwischen
dem ersten Abschnitt 140 und dem zweiten Abschnitt 142 befindet sich ein zweiter Bereich
148 der Rotorwelle 15. Zwischen dem zweiten Abschnitt 142 und dem dritten Abschnitt
144 befindet sich ein dritter Bereich 150 der Rotorwelle 15 und in axialer Richtung
gesehen hinter dem dritten Abschnitt 144 befindet sich ein vierter Bereich 152 der
Rotorwelle 15. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird bei der Rotorwelle 15 die Stufen- bzw.
Treppenform dadurch erreicht, dass der Außendurchmesser in axialer Richtung gesehen
von Abschnitt zu Abschnitt bzw. von Bereich zu Bereich zunimmt.
[0066] Bei der Herstellung der Rotoranordnung der Fig. 2 wird zuerst auf den dritten Abschnitt
144 diejenige Rotorscheibe 66 aufgesteckt, deren zentrale Aufnahmeöffnung einen Innendurchmesser
aufweist, welcher an den Außendurchmesser des dritten Abschnitts 144, insbesondere
in Art einer Übergangspassung oder einer leichten Presspassung, angepasst ist. Anschließend
wird zwischen der Innenwand 138 der Rotorscheibe 66 und der Außenseite des dritten
Abschnitts 144 mittels eines thermischen Fügeverfahrens die mechanische Verbindung
154 ausgebildet.
[0067] Beim Aufstecken der Scheibe 66 auf den dritten Abschnitt 144 wirkt eine in radialer
Richtung verlaufende ringförmige Wand 156, die den Übergang zwischen der Außenseite
des dritten Abschnitts 144 und der Außenseite des vierten Bereichs 152 bildet, als
Anschlag für die Rotorscheibe 66. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass eine mechanische
Verbindung mittels eines thermischen Fügeverfahrens zwischen dem Ringkörper 134 und
der ringförmigen Wand 156 ausgebildet wird.
[0068] Nachdem die Rotorscheibe 66 mit dem dritten Abschnitt 144 mechanisch verbunden wurde,
wird in der entsprechenden Weise die Rotorscheibe 66, deren Aufnahmeöffnung einen
Innendurchmesser aufweist, der an den Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 142,
insbesondere in Art einer Übergangspassung oder einer leichten Presspassung, angepasst
ist, auf den zweiten Abschnitt 142 aufgesteckt. Dabei wird wiederum eine mechanische
Verbindung 154 zwischen der Innenwand 138 der Rotorscheibe 66 und der Außenseite des
zweiten Abschnitts 142 mittels des thermischen Fügeverfahrens ausgebildet. Ferner
kann zusätzlich eine mechanische Verbindung mittels des thermischen Fügeverfahrens
zwischen der ringförmigen Wand 158 und dem Ringkörper 134 der Rotorscheibe 66 ausgebildet
werden. Die ringförmige Wand 158 verläuft dabei in radialer Richtung gesehen zwischen
der Außenseite des zweiten Abschnitts 142 und der Außenseite des dritten Bereichs
150 und dient beim Aufstecken der Rotorscheibe 66 auf den zweiten Abschnitt 142 als
Anschlag.
[0069] In der entsprechenden Weise wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Rotorscheibe
66, deren Aufnahmeöffnung einen Innendurchmesser aufweist, der, insbesondere in Art
einer Übergangspassung oder einer leichten Presspassung, an den Außendurchmesser des
ersten Abschnitts 140 angepasst ist, auf den ersten Abschnitt 140 aufgesteckt und
mittels des thermischen Fügeverfahrens wird die mechanische Verbindung 154 zwischen
der Innenwand 138 und der Außenseite des ersten Abschnitts 140 ausgebildet. Zusätzlich
kann zwischen der ringförmigen Wand 160 und der Rotorscheibe 66 ebenfalls eine mechanische
Verbindung mittels des thermischen Fügeverfahrens realisiert werden. Die ringförmige
Wand 160 erstreckt sich dabei in radialer Richtung gesehen zwischen der Außenseite
des ersten Abschnitts 140 und der Außenseite des zweiten Bereichs 148.
[0070] Die axiale Länge des jeweiligen Abschnitts 140, 142, 144 ist an die axiale Länge
der jeweiligen Rotorscheibe 66 bzw. an die axiale Länge der Innenwand 138 der jeweiligen
Rotorscheibe 66 angepasst. Außerdem entspricht die axiale Länge des Bereichs 150 dem
vorgesehenen Abstand zwischen den Rotorscheiben 66, die auf den zweiten und dritten
Abschnitt 142, 144 aufgesteckt sind. In der entsprechenden Weise entspricht die axiale
Länge des zweiten Bereichs 148 dem gewünschten Abstand zwischen den Rotorscheiben
66, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 140, 142 aufgesteckt sind.
[0071] Bei der Rotoranordnung der Fig. 2 sind die mechanischen Verbindungen 154 zwischen
der Rotorwelle 15 und der jeweiligen Rotorscheibe 66 mittels des thermischen Fügeverfahrens
realisiert. Dadurch werden die Rotorscheiben 66 dauerhaft an der Rotorwelle 15 gehalten.
Aufgrund der Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens zur Realisierung der mechanischen
Verbindungen 154 weist die Rotoranordnung im wesentlichen dieselben Eigenschaften
auf wie eine monolithisch hergestellte Rotoranordnung und zusätzlich den Vorteil,
dass die Rotorwelle 15 und die Rotorscheiben 66 jeweils einzeln gefertigt werden können.
Dabei können die Rotorscheiben 66 zum Beispiel durch Laserablation und/oder Laserschneiden
hergestellt werden.
[0072] Die Anordnung von drei Rotorscheiben 66 auf der Rotorwelle 15 der Rotoranordnung
der Fig. 2 ist nur als Beispiel zu sehen. Selbstverständlich kann die Rotorwelle 15
auch mehr oder weniger Stufen aufweisen, so dass mehr oder weniger Rotorscheiben auf
der Rotorwelle angeordnet sein können.
[0073] Auf wenigstens einen der Abschnitte 140, 142, 144 kann auch mehr als eine Rotorscheibe
aufgesteckt sein. Beispielsweise können auf einen der Abschnitte 140, 142, 144 wenigstens
zwei oder drei dünne Rotorscheiben aufgesteckt sein. Die Rotorscheiben können in einem
Fügevorgang an der Rotorwelle 15 festgelegt werden.
[0074] Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung, bei
der drei Rotorscheiben 66 bezüglich der Rotationsachse 14 ausgerichtet und in Richtung
der Rotationsachse 14 gesehen hintereinander angeordnet sind. Zwischen benachbarten
Rotorscheiben 66 ist unmittelbar eine jeweilige mechanische Verbindung 154 mittels
eines thermischen Fügeverfahrens realisiert. Bei dem Fügeverfahren handelt es sich
insbesondere wiederum um ein Schweißverfahren, wie etwa Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen,
Reibschweißen, Reibrührschweißen oder um eine Kombination aus den genannten Schweißverfahren,
oder um ein Lötverfahren. Bei der Rotoranordnung der Fig. 3 sind benachbarte Rotorscheiben
66 somit direkt miteinander verschweißt oder verlötet, so dass eine direkte mechanische
Schweiß- oder Lötverbindung 154 zwischen benachbarten Rotorscheiben 66 der Rotoranordnung
der Fig. 3 ausgebildet ist.
[0075] Jede Rotorscheibe 66 weist einen Scheibenkörper 162 auf, an dessen radial außenliegender
Außenseite bezogen auf die Rotationsachse nach radial außen weg stehende Rotorblätter
136 angeordnet sind. In Umfangsrichtung gesehen sind dabei mehrere versetzt nebeneinander
angeordnete Rotorblätter 136 auf jeder Außenseite eines jeweiligen Scheibenkörpers
162 angeordnet.
[0076] Jeder Scheibenkörper 162 ist bei der dargestellten Variante massiv ausgebildet. Alternativ
kann jeder Scheibenkörper 162 jedoch auch eine zentrale, insbesondere im Querschnitt
kreisförmige, Durchgangsöffnung aufweisen, um eine Materialersparnis zu erreichen
und um das Gewicht der Rotoranordnung zu verringern.
[0077] Jeder Scheibenkörper 162 weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Rotorscheiben
66 sind dabei derart hintereinander angeordnet, dass eine Unterseite des Scheibenkörpers
162 einer Rotorscheibe 66 einer Oberseite des Scheibenkörpers 162 der benachbarten
Rotorscheibe 66 gegenübersteht. Die mechanische Verbindung 154 ist zwischen der Unterseite
und der Oberseite der benachbarten Rotorscheiben 66 ausgebildet. D.h. die Unterseite
einer Rotorscheibe 66 ist mit der Oberseite der benachbarten Rotorscheibe 66 direkt
mechanisch durch die thermische Fügeverbindung verbunden.
[0078] Zur Zentrierung der Rotorscheiben 66 in Bezug auf die Rotationsachse 14 ist an der
Unterseite jedes Scheibenkörpers 162 eine Aufnahmeöffnung 164 und an jeder Oberseite
ein Aufsatz 166, der auch als eine Noppe angesehen werden kann, ausgebildet. Wie Fig.
3 zeigt, ist der Aufsatz 166 einer Rotorscheibe 66 in die Aufnahmeöffnung 164 der
benachbarten Rotorscheibe 66 eingesteckt.
[0079] Der Außendurchmesser des Aufsatzes 166 kann in Bezug auf den Innendurchmesser der
Aufnahmeöffnung 164 in Art einer zumindest geringfügigen Übermaßpassung ausbildet
sein. Zwischen benachbarten, zusammengesteckten Rotorscheiben 66 ist somit - bezogen
auf die Rotationsachse 14 in radialer Richtung gesehen - eine formschlüssige Verbindung
168 ausgebildet, die aufgrund der zumindest leichten Übermaßpassung in axialer Richtung
auch einen Kraftschluss zwischen den beiden Rotorscheiben 66 bewirkt.
[0080] Die Aufnahmeöffnungen 164 und die Aufsätze 166 sind außerdem zentrisch zur Rotationsachse
14 an der Unterseite bzw. Oberseite des jeweiligen Scheibenkörpers 162 angeordnet,
wodurch sich beim Zusammenstecken der Rotorscheiben 66 eine Zentrierung bezüglich
der Rotationsachse 14 für die gebildete Rotoranordnung ergibt.
[0081] Die Aufnahmeöffnungen 164 und entsprechend die Aufsätze 166 weisen bevorzugt einen
kreisförmigen Querschnitt auf. Allerdings sind auch andere Querschnitte, wie etwa
ein quadratischer Querschnitt, möglich.
[0082] Wie die Fig. 3 zeigt, können die aneinandergereihten und mittels des thermischen
Fügeverfahrens mechanisch miteinander verbundenen Rotorscheiben 66 eine Rotorwelle
ausbilden. Die in Fig. 3 gezeigte Anzahl von drei Rotorscheiben 66 ist wiederum nur
als Beispiel zu sehen.
Bezugszeichenliste
[0083]
- 10
- Pumpeneinlass
- 11
- Einlassflansch
- 12
- Pumpenauslass
- 14
- Rotationsachse
- 15
- Rotorwelle
- 16
- Rotor
- 18
- Motorraum
- 20
- Antriebsmotor
- 22
- Motorstator
- 24
- Zwischenraum
- 26
- Pfeile, Gasweg
- 28
- Einlass
- 30
- Auslass
- 32
- Kanal
- 34
- Aussparung
- 38
- Kern
- 42
- Spule
- 64
- Gehäuse
- 66
- Rotorscheibe
- 68
- Statorscheibe
- 70
- Abstandsring
- 72
- Rotornabe
- 74, 76
- Holweckrotorhülse
- 78, 80
- Holweckstatorhülse
- 82, 84, 86, 87
- Holweckspalt
- 88
- Wälzlager
- 90
- Permanentmagnetlager
- 92
- Spritzmutter
- 94
- saugfähige Scheibe
- 96
- wannenförmiger Einsatz
- 98
- Deckelelement
- 100
- rotorseitige Lagerhälfte
- 102
- statorseitige Lagerhälfte
- 104, 106
- Magnetring
- 108
- Lagerspalt
- 110, 112
- Trägerabschnitt
- 114
- Strebe
- 116
- Deckelelement
- 118
- Befestigungsring
- 120
- Ausgleichselement
- 122
- Stützring
- 124
- Fanglager
- 126
- Befestigungshülse
- 128
- Permanentmagnetanordnung
- 130
- Kapselung
- 132
- Aufnahmeabschnitt
- 134
- Ringkörper
- 136
- Rotorblätter
- 138
- Innenwand
- 140
- erster Abschnitt
- 142
- zweiter Abschnitt
- 144
- dritter Abschnitt
- 146
- erster Bereich
- 148
- zweiter Bereich
- 150
- dritter Bereich
- 152
- vierter Bereich
- 154
- mechanische Verbindung
- 156
- ringförmige Wand
- 158
- ringförm ige Wand
- 160
- ringförmige Wand
- 162
- Scheibenkörper
- 164
- Aufnahmeöffnung
- 166
- Aufsatz
- 168
- formschlüssige Verbindung
1. Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, mit
einer Rotorwelle (15) und wenigstens einer Rotorscheibe (66), die eine zentrale Aufnahmeöffnung
zur Aufnahme der Rotorwelle (15) aufweist, wobei die Rotorscheibe (66) auf der Rotorwelle
(15) angeordnet ist und zwischen der Rotorscheibe (66) und der Rotorwelle (15) eine
mechanische Verbindung (154) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Verbindung (154) mittels eines thermischen Fügeverfahrens realisiert
ist.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine die Aufnahmeöffnung umrandende Innenwand (138) der Rotorscheibe (66) eine Außenseite
der Rotorwelle (15) umgibt und die mechanische Verbindung (154) zwischen der Innenwand
(138) und der Außenseite der Rotorwelle (15) ausgebildet ist.
3. Rotoranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Verbindung (154) über den gesamten Umfang zwischen der Außenseite
der Rotorwelle (15) und der Innenwand (138) der Rotorscheibe (66) ausgebildet ist,
und/oder
die mechanische Verbindung (154) über die gesamte axiale Länge der Innenwand (138)
ausgebildet ist.
4. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotorscheibe (66) nicht auf die Rotorwelle (15) aufgepresst, aufgeschrumpf oder
aufgeklemmt ist.
5. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotorwelle (15) wenigstens einen Abschnitt (140, 142, 144) aufweist, dessen Außendurchmesser
größer als der Außendurchmesser eines in axialer Richtung gesehen vorhergehenden Bereichs
(146, 148, 150) der Rotorwelle (15) und kleiner als der Außendurchmesser eines in
axialer Richtung gesehen nachfolgenden Bereichs (148, 150, 152) der Rotorwelle (15)
ist, und dass wenigstens eine Rotorscheibe (66) auf den Abschnitt (140, 142, 144)
aufgesteckt ist.
6. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die axiale Länge des Abschnitts (140, 142, 144) zumindest im Wesentlichen der axialen
Länge mindestens einer Rotorscheibe (66) entspricht.
7. Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, mit
zwei oder mehr Rotorscheiben (66), die bezüglich einer Rotationsachse (14) ausgerichtet
und in Richtung der Rotationsachse (14) gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei
zwischen benachbarten Rotorscheiben (66) eine mechanische Verbindung (154) ausgebildet
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Verbindung (154) unmittelbar zwischen den benachbarten Rotorscheiben
(66) mittels eines thermischen Fügeverfahrens realisiert ist.
8. Rotoranordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Rotorscheibe (66) einen Scheibenkörper (162) aufweist, an welchem bezogen auf
die Rotationsachse (14) nach radial außen wegstehende Rotorblätter (136) angeordnet
sind, und die mechanische Verbindung unmittelbar zwischen den Scheibenkörpern (162)
benachbarter Rotorscheiben (66) ausgebildet ist.
9. Rotoranordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotorscheiben (66) derart hintereinander angeordnet sind, dass eine Unterseite
des Scheibenkörpers (162) einer Rotorscheibe (66) einer Oberseite des Scheibenkörpers
(162) einer benachbarten Rotorscheibe (66) gegenübersteht, und die mechanische Verbindung
unmittelbar zwischen der Unterseite der einen Rotorscheibe (66) und der Oberseite
der anderen Rotorscheibe (66) ausgebildet ist.
10. Rotoranordnung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Unterseite des Scheibenkörpers (162) jeder Rotorscheibe (66) eine Aufnahmeöffnung
(164) und an der Oberseite des Scheibenkörpers (162) jeder Rotorscheibe (66) ein komplementär
zur Aufnahmeöffnung (164) ausgebildeter Aufsatz (166) ausgebildet ist, wobei der Aufsatz
(166) des Scheibenkörpers (162) einer Rotorscheibe (66) in die Aufnahmeöffnung (164)
des Scheibenkörpers (162) der benachbarten Rotorscheibe (66) eingesteckt ist.
11. Rotoranordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aufsatz (166) einen Außendurchmesser aufweist, der relativ zum Innendurchmesser
der Aufnahmeöffnung (164) in Art einer Übermaßpassung ausgebildet ist, und/oder
bei jeder Rotorscheibe (66) die Aufnahmeöffnung (164) und der Aufsatz (166) zentrisch
zur Rotationsachse (14) an der Unterseite bzw. Oberseite des Scheibenkörpers (162)
angeordnet sind.
12. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem Fügeverfahren um ein Schweißverfahren, insbesondere um Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen oder um eine Kombination
aus den genannten Schweißverfahren, oder um ein Lötverfahren handelt.
13. Vakuumpumpe mit wenigstens einer Rotoranordnung (16) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, einer mit der Rotoranordnung (16) zusammenwirkenden Statoranordnung (68),
und einem Antrieb (20) zum rotierenden Antreiben der Rotoranordnung (16) gegenüber
der Statoranordnung (68).
14. Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung für eine Vakuumpumpe, insbesondere
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, bei
dem eine Rotorscheibe (66) mit einer zentralen Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer
Rotorwelle (15) auf der Rotorwelle (15) angeordnet und zwischen der Rotorscheibe (66)
und der Rotorwelle (15) eine mechanische Verbindung (154) ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Verbindung (154) mittels eines thermischen Fügeverfahrens realisiert
wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche
7 bis 12, für eine Vakuumpumpe, insbesondere für eine Turbomolekularpumpe, mit zwei
oder mehr Rotorscheiben (66), die bezüglich einer Rotationsachse (14) ausgerichtet
und in Richtung der Rotationsachse (14) gesehen hintereinander angeordnet werden,
wobei zwischen benachbarten Rotorscheiben (66) eine mechanische Verbindung (154) ausgebildet
wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mechanische Verbindung (154) unmittelbar zwischen den benachbarten Rotorscheiben
(66) mittels eines thermischen Fügeverfahrens realisiert wird.