EP4155550A1 - Vacuum pump and method for operating a vacuum pump - Google Patents

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EP4155550A1
EP4155550A1 EP22217289.2A EP22217289A EP4155550A1 EP 4155550 A1 EP4155550 A1 EP 4155550A1 EP 22217289 A EP22217289 A EP 22217289A EP 4155550 A1 EP4155550 A1 EP 4155550A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
vacuum pump
stator
rpm
less
Prior art date
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Pending
Application number
EP22217289.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Niklas Wirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum Technology AG filed Critical Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority to EP22217289.2A priority Critical patent/EP4155550A1/en
Publication of EP4155550A1 publication Critical patent/EP4155550A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044—Holweck-type pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts with the stator in a pumping manner.
  • the invention relates to a method for operating a vacuum pump.
  • the rotor heats up during operation of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump (TMP).
  • TMP turbomolecular pump
  • Rotor components, in particular rotor disks, of the vacuum pump are therefore not only exposed to high stresses during operation, but also to high temperatures.
  • pumping a large volume of gas will cause a vacuum pump, particularly a turbomolecular pump, to operate at its limit as the rotor reaches the maximum temperature at which it can reliably be subjected to sustained stress.
  • the heating of the rotor can have a negative effect on its service life and limit the maximum amount of gas that can be pumped with the vacuum pump. If the temperature is too high, the material begins to flow, resulting in imbalance or, in the worst case, contact with the stator components.
  • the rotor temperature is therefore usually limited to 90° C. in the case of conventional rotor components which are made of metallic materials, for example aluminum, in particular the rotor disks.
  • the rotor is heated by gas friction, with the friction power being proportional to the square of the peripheral speed.
  • the speed is limited to a maximum of 90,000 revolutions per minute (rpm), for medium-sized pumps with a rotor diameter of 80 mm to 150 mm to a maximum of 60,000 rpm to 66,000 rpm, for large pumps with a rotor diameter of over 150 mm to 200 mm to a maximum of 50,000 rpm/ min, and limited to a maximum of 30,000 to 38,000 rpm for very large pumps with a rotor diameter of more than 200 mm.
  • rpm revolutions per minute
  • the object on which the present invention is based is therefore to increase the performance of vacuum pumps, in particular of turbomolecular pumps.
  • Such a vacuum pump in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts effectively with the stator in a pumping manner, the rotor comprising at least one rotor component which is made of a ceramic material.
  • ceramic generally refers to non-metallic, inorganic materials that have a crystalline or at least partially crystalline structure. They are usually formed from a raw mass at room temperature and get their typical material properties through a sintering process at high temperatures.
  • Ceramic materials have several advantages over metallic materials such as aluminum. On the one hand, these substances have very high melting points and correspondingly high heat resistance, which in principle allow application temperatures of up to around 1500°C; on the other hand, their coefficients of linear thermal expansion are low, typically in the range of 10 ⁇ 10 -6 K -1 or below, while the corresponding value for aluminum, for example, is 23 ⁇ 10 -6 K -1 .
  • parts of the rotor are formed from ceramic, it is possible to operate the pump at higher rotor temperatures, e.g., at higher rotor speeds, than would be possible with conventional metallic rotor parts.
  • a further advantage of ceramic materials compared to conventional metallic materials such as aluminum or aluminum alloys is their greater resistance to oxidation and corrosion, for example to reactive gases.
  • a sintering process is preferably used for the primary shaping of the rotor or rotor component, i.e. the rotor component used in the vacuum pump according to the invention is produced from a powdery or granular material by using a shaping and sintering process.
  • the powder or granulate serving as raw material is first compressed in a tool under pressure to form a green body.
  • This unsintered compact does not yet have any significant strength.
  • Subsequent sintering is therefore necessary in order to obtain a rotor component that can be used in terms of vacuum technology.
  • This consists of a heat treatment under protective gas (e.g.
  • the sintering process should produce a structure with as few pores as possible.
  • additional measures are preferably taken during the production of the rotor component used in the present invention, which promote compression. Suitable measures for this are, for example, sintering under vacuum, the use of sintering aids, the use of very fine-grained raw materials (particle sizes below 5 ⁇ m), liquid-phase sintering or hot pressing processes, eg hot isostatic pressing (HIP). Pressing and sintering processes can also be repeated if necessary, for example to achieve additional densification.
  • the ceramic material is silicon carbide or silicon nitride
  • it can preferably also be compacted by reaction sintering, in which the actual ceramic substance is only produced during sintering by a chemical reaction, for example by sintering a pressed SiC-Si mixture in CO -atmosphere or a pressed SiC-C mixture in Si vapor atmosphere or a Si pressed part in N 2 or NH 3 atmosphere.
  • reaction sintering is that there is little sintering shrinkage, so that relatively dimensionally accurate products can be made.
  • the ceramic materials can be divided into three main groups, namely silicate, oxide and non-oxide ceramics.
  • silicate ceramic products are relatively inexpensive, they are inferior to oxide and, in particular, non-oxide ceramics in terms of their mechanical properties.
  • oxidic or non-oxidic ceramic materials are therefore advantageously used, since they exhibit greater hardness, strength, heat resistance and thermal shock resistance.
  • the ceramic material is therefore preferably an oxide or non-oxide ceramic.
  • suitable oxidic ceramic materials are aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or mixtures of one or more of the oxides mentioned, such as aluminum titanate or aluminum oxide reinforced with zirconium oxide (ZTA, Zirconia-Toughened Aluminum Oxide).
  • Aluminum oxide is particularly suitable because it has a comparatively high temperature resistance, while its density and its thermal linear expansion coefficient are relatively low.
  • Very particularly suitable oxide ceramics are so-called "sialons", silicon-aluminum oxide nitrides, which are obtained from silicon nitride through the targeted addition of Al 2 O 3 and optionally other metal oxides.
  • the ceramic material is a non-oxide ceramic.
  • the non-oxidic ceramic materials include, for example, borides, silicides, carbides and nitrides.
  • Suitable non-oxide ceramics are, for example, the carbides, nitrides, silicides or borides of aluminum, hafnium, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten, zirconium, (in the case of carbides, nitrides and silicides) boron or (in the case of carbides, nitrides and borides) silicon.
  • covalent bonding character prevails in non-oxide ceramic materials.
  • Non-oxide ceramics therefore have high mechanical and thermal stability. For the reasons already mentioned above, their reduced thermal linear expansion coefficient compared to oxide ceramics has a particularly advantageous effect.
  • Examples of highly suitable non-oxide ceramics are silicon carbide and silicon nitride, which are distinguished from other ceramic materials by, among other things, a lower susceptibility to fracture.
  • the ceramic material is a non-oxide ceramic that is a boride, a nitride, a carbide, or a mixture of two or more thereof.
  • suitable borides, nitrides or carbides are boron carbide, boron nitride, silicon boride, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, titanium nitride, tungsten carbide, zirconium boride and mixtures of two or more thereof, in particular boron carbide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, and mixtures of two or several of the same.
  • the ceramic material is aluminum nitride, boron carbide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, or a mixture of two or more thereof.
  • These materials are characterized by particularly low coefficients of linear thermal expansion combined with a low density, which is of the same order of magnitude as that of aluminum (approx. 3 g/cm 3 ). The latter is advantageous because the replacement of aluminum by ceramics does not necessarily lead to an increase in the weight of the vacuum pump.
  • the ceramic material is very particularly preferably aluminum nitride, boron carbide, boron nitride or silicon carbide. These materials have a particularly high level of thermal conductivity, which improves their resistance to temperature changes and facilitates heat dissipation from the rotor, eg to the stator and housing.
  • the ceramic material is boron carbide, boron nitride, or silicon carbide. These materials have a particularly high temperature resistance combined with a particularly low density.
  • the ceramic material is silicon carbide.
  • this material also has a particularly high chemical resistance, even to reactive substances and at elevated temperatures. This can be advantageous, for example, when the vacuum pump is exposed to corrosive media, such as when used in coating processes or in semiconductor technology.
  • the silicon carbide is preferably a "dense", ie largely non-porous material.
  • suitable dense silicon carbide materials are Liquid Phase Sintered Silicon Carbide (LPSIC), Pressureless Sintered Silicon Carbide (SSIC), Hot Pressed Silicon Carbide (HPSIC), Hot Isostatically Pressed Silicon Carbide (HIPSIC) and Reaction Bonded Silicon Infiltrated Silicon Carbide (SISIC).
  • the ceramic material has a thermal linear expansion coefficient ⁇ of 10 ⁇ 10 -6 K -1 or less, more preferably of 7.5 ⁇ 10 -6 K -1 or less, in the temperature range from -50° C. to +400° C less, more preferably 5 ⁇ 10 -6 K -1 or less, most preferably 4 ⁇ 10 -6 K -1 or less.
  • the present invention can advantageously be used in all vacuum pumps that have a rotor that can rotate relative to a stator, ie, for example, side channel vacuum pumps, screw vacuum pumps or turbomolecular pumps.
  • the above-mentioned positive properties of ceramic rotor materials have a particularly advantageous effect when the rotor is operated at the high speeds that are customary in turbomolecular pumps.
  • the vacuum pump is therefore preferably a turbomolecular pump and the pumping stage is a turbomolecular pumping stage and/or a Holweck stage.
  • the rotor component made of a ceramic material can therefore form at least part of a bladed turbo rotor and/or at least part of a Holweck rotor sleeve of a turbomolecular pump.
  • the blades of the rotor are located at a short spatial distance from various stator components (e.g. stator discs or spacer rings of a turbo pump stage or web tips of a Holweck stator); in the case of thermal expansion of the material due to heating, this is where the greatest risk of collision exists.
  • stator components e.g. stator discs or spacer rings of a turbo pump stage or web tips of a Holweck stator
  • the blades form the part of the rotor that heats up particularly strongly due to gas friction. It is therefore preferred that the at least one rotor component is a rotor disk with a plurality of rotor blades.
  • the rotor disks can be attached to the rotor shaft in the form of individual disks or as a package of several rotor disks.
  • Rotor blades and rotor shaft can be formed from the same material or from different materials.
  • the rotor shaft can be made of a ceramic or a non-ceramic, in particular metallic, material be. If the rotor shaft and all the rotor disks attached to it are made of the same ceramic material, this has the advantage that the occurrence of stresses in the rotor due to different thermal expansion coefficients can be avoided at the operating temperature. If the rotor shaft and all the rotor disks located thereon are also formed in one piece from the same ceramic material, there is also the advantage that the strongest possible connection between the rotor blades and the rotor shaft can be achieved.
  • the at least one rotor component is a rotor disk with a plurality of rotor blades, all rotor disks are made of the ceramic material, and the rotor shaft is made of a metallic material or the ceramic material, the rotor, in a first particularly preferred embodiment, a rotor shaft made of a metallic material and individual rotor disks made of ceramics, or, in a second particularly preferred embodiment, a rotor shaft made of a metallic material and a rotor disk stack made of ceramics, or, in a third particularly preferred embodiment, a rotor shaft ceramic and individual rotor disks made of ceramic, or, in a fourth preferred embodiment, a rotor shaft made of ceramic and a rotor disk stack made of ceramic, or, in a fifth preferred embodiment, rotor disks and a rotor shaft, which consists of one piece of ceramic k are formed.
  • the metallic material used for this is preferably aluminum or an aluminum alloy, particularly preferably aluminum.
  • the relatively low coefficients of thermal expansion and higher moduli of elasticity of ceramic materials compared to conventional metallic materials such as aluminum make it possible to counteract the backflow of the pumping direction by providing a narrower gap between rotor and stator components, without thereby increasing the risk of collision compared to conventional metallic rotors.
  • a gap extending in the radial direction between the at least one rotor component and the stator component closest to it in the radial direction is therefore preferably less than 0.75 mm wide, more preferably less than 0.7 mm, for small pumps more preferably less than 0.6 mm, more preferably less than 0.5 mm, most preferably less than 0.4 mm, most preferably less than 0.35 mm, for medium sized pumps preferably less than 0.90 mm, more preferably less than 0.8mm, more preferably less than 0.7mm, more preferably less than 0.6mm, most preferably less than 0.5mm, most preferably less than 0.45mm, and preferred for large and very large pumps less than 1.5 mm, more preferably less than 1.35 mm, even more preferably less than 1.2 mm, most preferably less than 1.0 mm, most preferably less than 0.9 mm, most preferably less than 0.8 mm.
  • the at least one rotor component is a rotor disk of a turbo pump stage with a multiplicity of rotor blades, and the stator component closest to this in the radial direction is a spacer ring of the turbomolecular pump stage.
  • small pump means a vacuum pump with a rotor diameter of less than 80 mm
  • medium-sized pump means a vacuum pump with a rotor diameter of 80 mm to 150 mm
  • large pump means a vacuum pump with a Rotor diameters of more than 150 mm to 200 mm
  • very large pump means a vacuum pump with a rotor diameter of more than 200 mm.
  • the sizes mentioned refer to the outside diameter. At a Turbo rotor, the sizes mentioned refer to the outer diameter of the rotor disks.
  • the expression “at a standstill” is intended to mean that not only is the rotor standing still and no (any longer) rotation takes place, but also that the pump is not (any longer) at an elevated temperature compared to the ambient temperature. This means that the expression "when the pump is at a standstill” cannot, for example, denote a state in which the rotor has only recently come to a standstill and is still at its operating temperature.
  • a gap extending in the radial direction between the at least one rotor component and the stator component closest to it in the radial direction is preferably 10%, more preferably 20%, even more preferably 25%, particularly preferably 30%, very particularly preferably 40%, most preferably 50% less wide than the corresponding gap in an otherwise structurally identical vacuum pump in which the rotor is conventionally made of aluminum.
  • the present invention solves the underlying object by a method according to claim 13, which is a method for operating a vacuum pump according to the present invention.
  • the rotor temperature in particular the temperature of the rotor blades, during operation is higher than 90.0° C., preferably higher than 100° C., more preferably higher than 110° C., even more preferably higher than 120° C., particularly preferably higher than 150° C, most preferably greater than 175°C, even more preferably greater than 200°C, most preferably greater than 250°C.
  • vacuum pumps in particular turbomolecular pumps, can be operated at higher temperatures than with conventional metallic materials, such as Aluminum alloys, the case. As a result, condensation of gases within the vacuum pump can be reduced and wear can be reduced.
  • the rotor temperature in particular the temperature of the rotor blades, can also exceed the preferred lower operating temperature limits listed above and, for example, be higher than 250°C due to the high heat resistance and the low thermal expansion of the ceramic materials. Basically, this range is limited by the maximum temperature resistance of ceramic materials, but also by the (usually significantly lower) temperature resistance of other, for example metallic, pump parts that are located near the rotor and can absorb heat from the rotor through thermal conduction or thermal radiation.
  • the rotor temperature, in particular the temperature of the rotor blades, during operation is therefore in a range of less than 1000° C., preferably less than 750° C., more preferably less than 600° C., even more preferably less than 500° C., particularly preferably less than 450 °C, most preferably less than 400°C, even more preferably less than 350°C, most preferably less than 300°C. It is particularly advantageous if the temperature of the rotor blades is in the range between 110° C. and 300° C., in particular between 120° C. and 300° C., during operation.
  • Both smaller and larger vacuum pumps in accordance with the present invention are preferably operated at higher maximum speeds than would be possible with a pump having conventional metallic rotor components.
  • the rotor is preferably driven at a maximum speed of at least 40,000 rpm, more preferably at least 45,000 rpm, still more preferably at least 50,000 rpm. more preferably at least 55,000 rpm, most preferably at least 60,000 rpm more preferably at least 65,000 rpm, most preferably at least 70,000 rpm.
  • the rotor is preferably rotated at a maximum speed of at least 55,000 rpm, more preferably at least 60,000 rpm, still more preferably at least 65,000 rpm, especially preferably at least 70,000 rpm, more preferably at least 75,000 rpm, even more preferably at least 80,000 rpm, most preferably at least 85,000 rpm.
  • the rotor is preferably rotated at a maximum speed of at least 70,000 rpm, more preferably at least 80,000 rpm, still more preferably at least 90,000 rpm, particularly preferably at least 95,000 rpm, more preferably at least 100,000 rpm, even more preferably at least 105,000 rpm, most preferably at least 110,000 rpm.
  • the rotor is preferably particularly preferably with a maximum speed of at least 95,000 rpm, more preferably at least 100,000 rpm, even more preferably at least 110,000 rpm at least 120,000 rpm, more preferably at least 130,000 rpm, even more preferably at least 140,000 rpm, most preferably at least 150,000 rpm.
  • a maximum speed of the rotor during operation of the vacuum pump is preferably 10%, more preferably 20%, even more preferably 30%, particularly preferably 40%, very particularly preferably 50%, even more preferably 60%, most preferably 70% higher than the corresponding maximum speed in an otherwise structurally identical vacuum pump in which the rotor is conventionally made of aluminum.
  • the higher speed improves both the pumping speed and the compression ratio of the pump. Due to the higher heat resistance and the lower thermal expansion coefficients of the ceramic materials, the associated higher friction and increased heating of the rotor not only has no disadvantageous effects, but also leads to the above-mentioned advantage that the higher operating temperature reduces the condensation of gases inside the pump becomes.
  • the turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which a recipient, not shown, can be connected in a manner known per se.
  • the gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.
  • the inlet flange 113 forms when the vacuum pump is aligned according to FIG 1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111.
  • the housing 119 comprises a lower part 121 on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and/or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (cf. also 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123 .
  • a data interface 129 for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.
  • turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.
  • a flood inlet 133 in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded.
  • a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) before the pumped gas in the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, can be admitted.
  • Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant, which can be conducted into the vacuum pump for cooling purposes.
  • Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on air cooling.
  • the lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141 .
  • the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were.
  • the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.
  • various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are attached to each other.
  • a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .
  • fastening bores 147 are arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened, for example, to a support surface. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here.
  • a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.
  • the vacuum pump comprises several process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.
  • a rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about an axis of rotation 151 .
  • the rotor comprises at least one rotor component which is made from a ceramic material.
  • the turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pumping stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119.
  • a rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular pump stage.
  • the stator discs 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159 .
  • Each of the radial rotor disks 155 can consist of a plurality of rotor blades 55, attached to the rotor shaft 153 or formed integrally with the rotor shaft 153.
  • the vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes.
  • Other turbomolecular vacuum pumps (not shown) exist that do not have Holweck pumping stages.
  • the rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction. Also provided are two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169, which are also oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are nested in one another when viewed in the radial direction.
  • the pumping-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169.
  • the radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and forming with it the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps.
  • the radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and therewith forms a second Holweck pumping stage.
  • the radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and therewith forms the third Holweck pumping stage.
  • a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173.
  • a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175.
  • a connecting channel 179 to the outlet 117 can be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 .
  • the above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running in a spiral shape around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Advance vacuum pump 111 in the Holweck grooves.
  • a roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for the rotatable mounting of the rotor shaft 153 .
  • a conical spray nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases toward the roller bearing 181 .
  • the injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store.
  • an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.
  • the resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, e.g. with a lubricant.
  • the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function.
  • the roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are surrounded by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145 in the vacuum pump.
  • the permanent magnet bearing 183 comprises a bearing half 191 on the rotor side and a bearing half 193 on the stator side, which each comprise a ring stack of a plurality of permanent magnetic rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction.
  • the ring magnets 195, 197 lie opposite one another, forming a radial bearing gap 199, the ring magnets 195 on the rotor side being arranged radially on the outside and the ring magnets 197 on the stator side being arranged radially on the inside.
  • the magnetic field present in the bearing gap 199 produces magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially.
  • the ring magnets 195 on the rotor side are carried by a support section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside.
  • the ring magnets 197 on the stator side are carried by a support section 203 on the stator side, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119 .
  • the ring magnets 195 on the rotor side are fixed parallel to the axis of rotation 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201 .
  • the stator-side ring magnets 197 are parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fixing ring 209 connected to the support portion 203 and a fixed ring 209 connected to the support portion 203 Fixing ring 211 fixed.
  • a disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197 .
  • An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages in the event of an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator, in order to create a radial stop for the rotor 149 to form, so that a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures.
  • the backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and/or the stator, which causes the backup bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation.
  • the radial deflection at which the backup bearing 215 engages is dimensioned large enough so that the backup bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that the rotor-side structures collide with the stator-side structures under all circumstances is prevented.
  • the vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotating the rotor 149.
  • the armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217.
  • a permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 that extends through the motor stator 217 .
  • the motor stator 217 is fixed in the housing inside the motor room 137 provided for the electric motor 125 .
  • a sealing gas which is also referred to as flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can get into the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135 .
  • the sealing gas can protect the electric motor 125 from process gas, e.g. from corrosive components of the process gas.
  • the engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. the vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.
  • a labyrinth seal 223 can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotie¬ren-den, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, wobei der Rotor wenigstens ein Rotorbauteil umfasst, welches aus einem keramischen Material gefertigt ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe, wobei die Temperatur der Rotorschaufeln während des Betriebs höher als 90,0 °C, insbesondere höher als 100 °C ist.The present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts with the stator in a pumping manner, wherein the rotor comprises at least one rotor component which is made of a ceramic material. Furthermore, the present invention relates to a method for operating a vacuum pump, the temperature of the rotor blades being higher than 90.0° C., in particular higher than 100° C., during operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe.The invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts with the stator in a pumping manner. In addition, the invention relates to a method for operating a vacuum pump.

In Abhängigkeit von Art und Menge der geförderten Gase kommt es während des Betriebs einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe (TMP), zu einer Erhitzung des Rotors. Rotorbauteile, insbesondere Rotorscheiben, der Vakuumpumpe werden daher im Betrieb nicht nur starken Spannungen, sondern auch hohen Temperaturen ausgesetzt. In vielen Vakuumanwendungen führt die Förderung einer großen Gasmenge dazu, dass eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, an ihrem Limit betrieben wird, weil der Rotor die maximale Temperatur erreicht, bis zu der er zuverlässig einer dauerhaften Belastung ausgesetzt werden kann. Die Erhitzung des Rotors kann sich negativ auf dessen Lebensdauer auswirken und die maximale mit der Vakuumpumpe förderbare Gasmenge begrenzen. Bei zu hohen Temperaturen beginnt das Material zu flie-ßen, wodurch es zu einer Unwucht oder im schlimmsten Fall zu Kontakt mit Statorbauteilen kommt.Depending on the type and quantity of the transported gases, the rotor heats up during operation of a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump (TMP). Rotor components, in particular rotor disks, of the vacuum pump are therefore not only exposed to high stresses during operation, but also to high temperatures. In many vacuum applications, pumping a large volume of gas will cause a vacuum pump, particularly a turbomolecular pump, to operate at its limit as the rotor reaches the maximum temperature at which it can reliably be subjected to sustained stress. The heating of the rotor can have a negative effect on its service life and limit the maximum amount of gas that can be pumped with the vacuum pump. If the temperature is too high, the material begins to flow, resulting in imbalance or, in the worst case, contact with the stator components.

Bei herkömmlichen Rotorbauteilen, die aus metallischen Werkstoffen, z.B. aus Aluminium, gefertigt sind, insbesondere den Rotorscheiben, ist die Rotortemperatur daher üblicherweise auf 90 °C begrenzt. Die Erhitzung des Rotors erfolgt durch Gasreibung, wobei die Reibleistung dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit proportional ist. Daher ist bei kleinen Turbomolekularpumpen mit einem Rotordurchmesser von unter 80 mm die Drehzahl auf maximal 90.000 Umdrehungen pro Minute (U/min), bei mittleren Pumpen mit einem Rotordurchmesser von 80 mm bis 150 mm auf maximal 60.000 U/min bis 66.000 U/min, bei großen Pumpen mit einem Rotordurchmesser von über 150 mm bis 200 mm auf maximal 50.000 U/min, und bei sehr großen Pumpen mit einem Rotordurchmesser von über 200 mm auf maximal 30.000 bis 38.000 U/min begrenzt.The rotor temperature is therefore usually limited to 90° C. in the case of conventional rotor components which are made of metallic materials, for example aluminum, in particular the rotor disks. The rotor is heated by gas friction, with the friction power being proportional to the square of the peripheral speed. Therefore, for small turbomolecular pumps with a rotor diameter of less than 80 mm, the speed is limited to a maximum of 90,000 revolutions per minute (rpm), for medium-sized pumps with a rotor diameter of 80 mm to 150 mm to a maximum of 60,000 rpm to 66,000 rpm, for large pumps with a rotor diameter of over 150 mm to 200 mm to a maximum of 50,000 rpm/ min, and limited to a maximum of 30,000 to 38,000 rpm for very large pumps with a rotor diameter of more than 200 mm.

Abgesehen von diesen sicherheitsrelevanten Aspekten kann die Begrenzung der Rotortemperatur dazu führen, dass in der verhältnismäßig kalten Pumpe Gase kondensieren, was zu einem erhöhten Verschleiß führt. Um diesen Verschleiß zu verringern, ist es wünschenswert, die Temperaturen innerhalb der Vakuumpumpe zu erhöhen, damit weniger Gase darin kondensieren. Dies ist bei herkömmlichen Vakuumpumpen jedoch aufgrund des Fließens des metallischen Materials der Rotorbauteile bei hohen Temperaturen, d.h. > 90 °C, nicht möglich.Apart from these safety-relevant aspects, limiting the rotor temperature can lead to gases condensing in the relatively cold pump, which leads to increased wear. In order to reduce this wear it is desirable to increase the temperatures inside the vacuum pump so that fewer gases condense therein. However, this is not possible with conventional vacuum pumps due to the flow of the metallic material of the rotor components at high temperatures, i.e. > 90 °C.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die Leistungsfähigkeit von Vakuumpumpen, insbesondere von Turbomolekularpumpen, zu erhöhen.The object on which the present invention is based is therefore to increase the performance of vacuum pumps, in particular of turbomolecular pumps.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1.This problem is solved by a vacuum pump according to claim 1.

Eine solche Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, umfasst einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotierenden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor, wobei der Rotor wenigstens ein Rotorbauteil umfasst, welches aus einem keramischen Material gefertigt ist.Such a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts effectively with the stator in a pumping manner, the rotor comprising at least one rotor component which is made of a ceramic material.

Mit dem Begriff "Keramik" werden allgemein nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe bezeichnet, die eine kristalline oder zumindest teilkristalline Struktur aufweisen. In der Regel werden sie bei Raumtemperatur aus einer Rohmasse geformt und erhalten ihre typischen Werkstoffeigenschaften durch einen Sintervorgang bei hohen Temperaturen.The term "ceramic" generally refers to non-metallic, inorganic materials that have a crystalline or at least partially crystalline structure. They are usually formed from a raw mass at room temperature and get their typical material properties through a sintering process at high temperatures.

Keramische Materialien weisen mehrere Vorteile gegenüber metallischen Werkstoffen wie Aluminium auf. Einerseits weisen diese Stoffe sehr hohe Schmelzpunkte und entsprechend hohe Warmfestigkeiten auf, die grundsätzlich Anwendungstemperaturen bis etwa 1500°C erlauben; andererseits sind ihre thermischen Längenausdehnungskoeffizienten niedrig und liegen typischerweise in einem Bereich von 10·10-6 K-1 oder darunter, während beispielsweise der entsprechende Wert für Aluminium 23·10-6 K-1 beträgt.Ceramic materials have several advantages over metallic materials such as aluminum. On the one hand, these substances have very high melting points and correspondingly high heat resistance, which in principle allow application temperatures of up to around 1500°C; on the other hand, their coefficients of linear thermal expansion are low, typically in the range of 10×10 -6 K -1 or below, while the corresponding value for aluminum, for example, is 23×10 -6 K -1 .

Wenn Teile des Rotors aus Keramik gebildet werden, ist es daher möglich, die Pumpe bei höheren Rotortemperaturen, z.B. mit höheren Rotordrehzahlen, zu betreiben, als dies mit herkömmlichen metallischen Rotorteilen möglich wäre.Therefore, if parts of the rotor are formed from ceramic, it is possible to operate the pump at higher rotor temperatures, e.g., at higher rotor speeds, than would be possible with conventional metallic rotor parts.

Gleichzeitig können aufgrund der wesentlich geringeren Tendenz des keramischen Rotormaterials zur Wärmeausdehnung und dessen im Vergleich zu üblichen metallischen Werkstoffen deutlich höheren E-Moduls (beispielsweise 380 bis 430 GPa für Siliciumcarbid, hingegen nur 72 GPa für Aluminium) kleinere Abstände zwischen Rotor und Stator realisiert werden, als wegen der oben genannten Kollisionsgefahr bei metallischen Rotorbauteilen vorgesehen werden müssen. Dies ist vorteilhaft, weil bei kleineren Spaltweiten (z.B. zwischen den radial äußeren Enden der Rotorscheiben und dem Stator bzw. zwischen den radialen inneren Enden der Statorscheiben und dem Rotor) eine geringere Tendenz zur unerwünschten Rückströmung des Gases entgegen der Förderrichtung besteht, welche die Saugleistung und die Kompression der Vakuumpumpe herabsetzt.At the same time, due to the significantly lower tendency of the ceramic rotor material to thermal expansion and its significantly higher modulus of elasticity compared to conventional metallic materials (e.g. 380 to 430 GPa for silicon carbide, but only 72 GPa for aluminum), smaller distances between rotor and stator can be realized, than must be provided because of the above-mentioned risk of collision with metallic rotor components. This is advantageous because with smaller gap widths (e.g. between the radially outer ends of the rotor disks and the stator or between the radially inner ends of the stator disks and the rotor), there is less of a tendency for the gas to flow back against the conveying direction, which would reduce suction and the compression of the vacuum pump decreases.

Ein weiterer Vorteil keramischer Materialien gegenüber üblichen metallischen Werkstoffen, wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, ist ihre größere Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, z.B. gegenüber reaktiven Gasen.A further advantage of ceramic materials compared to conventional metallic materials such as aluminum or aluminum alloys is their greater resistance to oxidation and corrosion, for example to reactive gases.

Bei der Urformung des Rotors bzw. Rotorbauteils kommt bevorzugt ein Sinterverfahren zur Anwendung, d.h. das in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe eingesetzte Rotorbauteil wird durch Anwendung eines Formgebungs- und Sinterprozesses aus einem pulvrigen oder körnigen Werkstoff hergestellt. Hierbei wird das als Rohstoff dienende Pulver oder Granulat zunächst in einem Werkzeug unter Druck zu einem Grünkörper verdichtet. Dieser ungesinterte Pressling weist noch keine nennenswerte Festigkeit auf. Um zu einem vakuumtechnisch brauchbaren Rotorbauteil zu kommen, ist daher eine anschließende Sinterung nötig. Diese besteht in einer Wärmebehandlung unter Schutzgas (z.B. Stickstoff, Wasserstoff) oder Vakuum bei verhältnismäßig hoher Temperatur, ist überwiegend eine Festkörperreaktion, unter Umständen in Gegenwart einer gewissen Menge flüssiger Phase, und bewirkt einen thermisch aktivierten Stofftransport. Das Ergebnis der Sinterung ist die Verbindung der einzelnen Werkstoffpartikel zu einem zusammenhängenden Sinterformteil mit hoher Festigkeit.A sintering process is preferably used for the primary shaping of the rotor or rotor component, i.e. the rotor component used in the vacuum pump according to the invention is produced from a powdery or granular material by using a shaping and sintering process. Here, the powder or granulate serving as raw material is first compressed in a tool under pressure to form a green body. This unsintered compact does not yet have any significant strength. Subsequent sintering is therefore necessary in order to obtain a rotor component that can be used in terms of vacuum technology. This consists of a heat treatment under protective gas (e.g. nitrogen, hydrogen) or vacuum at a relatively high temperature, is predominantly a solid-state reaction, possibly in the presence of a certain amount of liquid phase, and causes a thermally activated mass transfer. The result of sintering is the connection of the individual material particles to form a coherent sintered part with high strength.

Der Sintervorgang soll zur Erzielung günstiger mechanischer Eigenschaften ein möglichst porenarmes Gefüge erzeugen. Um dies zu erreichen, werden bei der Herstellung des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Rotorbauteils bevorzugt zusätzliche Maßnahmen getroffen, welche die Verdichtung fördern. Hierfür geeignete Maßnahmen sind beispielsweise Sintern unter Vakuum, Verwendung von Sinterhilfsmitteln, Verwendung sehr feinkörniger Rohstoffe (Teilchengrößen unter 5 µm), Flüssigphasensintern oder Heißpressverfahren, z.B. heißisostatisches Pressen (HIP). Press- und Sintervorgänge können bei Bedarf auch wiederholt werden, um z.B. eine zusätzliche Nachverdichtung zu erreichen. Wenn das keramische Material Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid ist, kann es bevorzugt auch durch ein Reaktionssintern verdichtet werden, bei dem die eigentliche keramische Substanz erst während des Sinterns durch eine chemische Reaktion erzeugt wird, also zum Beispiel durch Sintern eines gepressten SiC-Si-Gemisches in CO-Atmosphäre oder eines gepressten SiC-C-Gemisches in Si-Dampf-Atmosphäre bzw. eines Si-Pressteils in N2- oder NH3-Atmosphäre. Ein bedeutender Vorteil des Reaktionssinterns besteht darin, dass nur ein geringe Sinterschrumpfung auftritt, so dass relativ maßgenaue Produkte hergestellt werden können.In order to achieve favorable mechanical properties, the sintering process should produce a structure with as few pores as possible. In order to achieve this, additional measures are preferably taken during the production of the rotor component used in the present invention, which promote compression. Suitable measures for this are, for example, sintering under vacuum, the use of sintering aids, the use of very fine-grained raw materials (particle sizes below 5 μm), liquid-phase sintering or hot pressing processes, eg hot isostatic pressing (HIP). Pressing and sintering processes can also be repeated if necessary, for example to achieve additional densification. If the ceramic material is silicon carbide or silicon nitride, it can preferably also be compacted by reaction sintering, in which the actual ceramic substance is only produced during sintering by a chemical reaction, for example by sintering a pressed SiC-Si mixture in CO -atmosphere or a pressed SiC-C mixture in Si vapor atmosphere or a Si pressed part in N 2 or NH 3 atmosphere. A significant advantage of reaction sintering is that there is little sintering shrinkage, so that relatively dimensionally accurate products can be made.

Die keramischen Werkstoffe lassen sich in drei Hauptgruppen unterteilen, nämlich Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramik. Silikatkeramische Produkte sind zwar relativ preiswert, den Oxid- und insbesondere Nichtoxidkeramiken jedoch in ihren mechanischen Eigenschaften unterlegen. Für die Herstellung mechanisch und/oder thermisch beanspruchter Bauteile, wie der in der erfindungsgemäßen Pumpe verwendeten Rotorbauteile, werden daher vorteilhaft oxidische bzw. nichtoxidische Keramikwerkstoffe eingesetzt, da sie höhere Härte, Festigkeit, Warmfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit zeigen.The ceramic materials can be divided into three main groups, namely silicate, oxide and non-oxide ceramics. Although silicate ceramic products are relatively inexpensive, they are inferior to oxide and, in particular, non-oxide ceramics in terms of their mechanical properties. For the production of mechanically and/or thermally stressed components, such as the rotor components used in the pump according to the invention, oxidic or non-oxidic ceramic materials are therefore advantageously used, since they exhibit greater hardness, strength, heat resistance and thermal shock resistance.

Das keramische Material ist deshalb bevorzugt eine Oxid- oder Nichtoxidkeramik. Beispiele für geeignete oxidische Keramikwerkstoffe sind Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, oder Mischungen von einem oder mehreren der genannten Oxide, wie beispielsweise Aluminiumtitanat oder mit Zirkoniumoxid verstärktes Aluminiumoxid (ZTA, Zirconia-Toughened Aluminum Oxide). Besonders geeignet ist Aluminiumoxid, da es eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, während seine Dichte und sein thermischer Längenausdehnungskoeffizient relativ niedrig sind. Ganz besonders geeignete Oxidkeramiken sind sogenannte "Sialone", Silicium-Aluminiumoxid-Nitride, die aus Siliciumnitrid durch gezielte Zusätze von Al2O3 und ggf. weiteren Metalloxiden erhalten werden.The ceramic material is therefore preferably an oxide or non-oxide ceramic. Examples of suitable oxidic ceramic materials are aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or mixtures of one or more of the oxides mentioned, such as aluminum titanate or aluminum oxide reinforced with zirconium oxide (ZTA, Zirconia-Toughened Aluminum Oxide). Aluminum oxide is particularly suitable because it has a comparatively high temperature resistance, while its density and its thermal linear expansion coefficient are relatively low. Very particularly suitable oxide ceramics are so-called "sialons", silicon-aluminum oxide nitrides, which are obtained from silicon nitride through the targeted addition of Al 2 O 3 and optionally other metal oxides.

Bevorzugter ist das keramische Material eine Nichtoxidkeramik. Zu den nichtoxidischen Keramikwerkstoffen gehören beispielsweise Boride, Silicide, Carbide und Nitride. Geeignete Nichtoxidkeramiken sind zum Beispiel die Carbide, Nitride, Silicide oder Boride von Aluminium, Hafnium, Molybdän, Tantal, Titan, Wolfram, Zirkonium, (im Fall der Carbide, Nitride und Silicide) Bor oder (im Fall der Carbide, Nitride und Boride) Silicium. Anders als oxidische Keramikwerkstoffe, die überwiegend ionisch gebunden sind, herrscht in nichtoxidischen Keramikwerkstoffen kovalenter Bindungscharakter vor. Nichtoxidkeramiken weisen daher eine hohe mechanische und thermische Stabilität auf. Besonders vorteilhaft wirkt sich, aus den oben bereits genannten Gründen, ihr gegenüber Oxidkeramiken noch einmal verringerter thermischer Längenausdehnungskoeffizient aus. Beispiele für gut geeignete Nichtoxidkeramiken sind Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, die sich gegenüber anderen keramischen Werkstoffen u.a. durch eine geringere Bruchempfindlichkeit auszeichnen.More preferably, the ceramic material is a non-oxide ceramic. The non-oxidic ceramic materials include, for example, borides, silicides, carbides and nitrides. Suitable non-oxide ceramics are, for example, the carbides, nitrides, silicides or borides of aluminum, hafnium, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten, zirconium, (in the case of carbides, nitrides and silicides) boron or (in the case of carbides, nitrides and borides) silicon. Unlike oxidic ceramic materials, which predominantly are ionically bound, covalent bonding character prevails in non-oxide ceramic materials. Non-oxide ceramics therefore have high mechanical and thermal stability. For the reasons already mentioned above, their reduced thermal linear expansion coefficient compared to oxide ceramics has a particularly advantageous effect. Examples of highly suitable non-oxide ceramics are silicon carbide and silicon nitride, which are distinguished from other ceramic materials by, among other things, a lower susceptibility to fracture.

Noch bevorzugter ist das keramische Material eine Nichtoxidkeramik, die ein Borid, ein Nitrid, ein Carbid oder ein Gemisch von zweien oder mehreren derselben ist. Beispiele für geeignete Boride, Nitride oder Carbide sind Borcarbid, Bornitrid, Siliciumborid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titancarbid, Titannitrid, Wolframcarbid, Zirkoniumborid und Gemische von zweien oder mehreren derselben, insbesondere Borcarbid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titancarbid, und Gemische von zweien oder mehreren derselben. Besonders bevorzugt ist das keramische Material Aluminiumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, oder ein Gemisch von zweien oder mehreren derselben. Diese Materialien zeichnen sich durch besonders niedrige thermische Längenausdehnungskoeffizienten bei einer zugleich niedrigen Dichte aus, die in der gleichen Größenordnung liegt wie diejenige von Aluminium (ca. 3 g/cm3). Letzteres ist vorteilhaft, weil der Ersatz von Aluminium durch Keramik somit nicht zwangsläufig zu einer Gewichtszunahme der Vakuumpumpe führt.More preferably, the ceramic material is a non-oxide ceramic that is a boride, a nitride, a carbide, or a mixture of two or more thereof. Examples of suitable borides, nitrides or carbides are boron carbide, boron nitride, silicon boride, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, titanium nitride, tungsten carbide, zirconium boride and mixtures of two or more thereof, in particular boron carbide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, and mixtures of two or several of the same. More preferably, the ceramic material is aluminum nitride, boron carbide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, or a mixture of two or more thereof. These materials are characterized by particularly low coefficients of linear thermal expansion combined with a low density, which is of the same order of magnitude as that of aluminum (approx. 3 g/cm 3 ). The latter is advantageous because the replacement of aluminum by ceramics does not necessarily lead to an increase in the weight of the vacuum pump.

Ganz besonders bevorzugt ist das keramische Material Aluminiumnitrid, Borcarbid, Bornitrid oder Siliciumcarbid. Diese Materialien weisen eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was ihre Temperaturwechselbeständigkeit verbessert und die Wärmeabfuhr vom Rotor, z.B. zum Stator und zum Gehäuse, erleichtert.The ceramic material is very particularly preferably aluminum nitride, boron carbide, boron nitride or silicon carbide. These materials have a particularly high level of thermal conductivity, which improves their resistance to temperature changes and facilitates heat dissipation from the rotor, eg to the stator and housing.

Noch stärker bevorzugt ist das keramische Material Borcarbid, Bornitrid oder Siliciumcarbid. Diese Materialien weisen eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit in Verbindung mit einer besonders niedrigen Dichte auf.Even more preferably, the ceramic material is boron carbide, boron nitride, or silicon carbide. These materials have a particularly high temperature resistance combined with a particularly low density.

Am bevorzugtesten ist das keramische Material Siliciumcarbid. Dieses Material weist neben einem vergleichsweise günstigen Preis und einem sehr hohen E-Modul auch eine besonders hohe chemische Beständigkeit auf, selbst gegenüber reaktiven Stoffen und bei erhöhten Temperaturen. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Vakuumpumpe korrosiven Medien ausgesetzt ist, etwa bei Verwendung in Beschichtungsprozessen oder der Halbleitertechnik.Most preferably, the ceramic material is silicon carbide. In addition to a comparatively low price and a very high modulus of elasticity, this material also has a particularly high chemical resistance, even to reactive substances and at elevated temperatures. This can be advantageous, for example, when the vacuum pump is exposed to corrosive media, such as when used in coating processes or in semiconductor technology.

Wenn das keramische Material Siliciumcarbid ist, handelt es sich bei dem Siliciumcarbid bevorzugt um ein "dichtes", also weitgehend porenfreies Material. Beispiele für geeignete dichte Siliciumcarbid-Werkstoffe sind Flüssigphasengesintertes Siliciumcarbid (LPSIC), Drucklos Gesintertes Siliciumcarbid (SSIC), Heiß Gepresstes Siliciumcarbid (HPSIC), Heiß Isostatisch Gepresstes Siliciumcarbid (HIPSIC) und Reaktionsgebundenes Silicium-infiltriertes Siliciumcarbid (SISIC).If the ceramic material is silicon carbide, the silicon carbide is preferably a "dense", ie largely non-porous material. Examples of suitable dense silicon carbide materials are Liquid Phase Sintered Silicon Carbide (LPSIC), Pressureless Sintered Silicon Carbide (SSIC), Hot Pressed Silicon Carbide (HPSIC), Hot Isostatically Pressed Silicon Carbide (HIPSIC) and Reaction Bonded Silicon Infiltrated Silicon Carbide (SISIC).

Wie oben ausgeführt, ist es zur Begrenzung der Rückströmung günstig, wenn die Spaltbreite zwischen Rotor und Stator optimiert werden kann, ohne dass dabei eine starke Ausdehnung des Rotormaterials beim Erwärmen auf Betriebstemperatur berücksichtigt werden muss. Es ist daher bevorzugt, wenn das keramische Material im Temperaturbereich von -50 °C bis +400 °C einen thermischen Längenausdehnungskoeffizient α von 10·10-6 K-1 oder weniger, bevorzugter von 7,5·10-6 K-1 oder weniger, noch bevorzugter von 5·10-6 K-1 oder weniger, am bevorzugtesten von 4·10-6 K-1 oder weniger aufweist.As explained above, in order to limit the backflow, it is favorable if the gap width between the rotor and the stator can be optimized without having to take into account a strong expansion of the rotor material when it is heated to the operating temperature. It is therefore preferred if the ceramic material has a thermal linear expansion coefficient α of 10×10 -6 K -1 or less, more preferably of 7.5×10 -6 K -1 or less, in the temperature range from -50° C. to +400° C less, more preferably 5×10 -6 K -1 or less, most preferably 4×10 -6 K -1 or less.

Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung mit Vorteil in allen Vakuumpumpen zum Einsatz kommen, die einen relativ zu einem Stator drehbaren Rotor aufweisen, also beispielsweise Seitenkanalvakuumpumpen, Schraubenvakuumpumpen oder Turbomolekularpumpen. Besonders vorteilhaft wirken sich die genannten positiven Eigenschaften keramischer Rotormaterialien aus, wenn der Rotor bei den hohen Drehzahlen betrieben wird, wie sie in Turbomolekularpumpen üblich sind. Daher ist bevorzugt die Vakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe und die Pumpstufe eine Turbomolekularpumpstufe und/oder eine Holweckstufe. Das aus einem keramischen Material gefertigte Rotorbauteil kann also zumindest einen Teil eines beschaufelten Turborotors und/oder zumindest einen Teil einer Holweck-Rotorhülse einer Turbomolekularpumpe bilden.In principle, the present invention can advantageously be used in all vacuum pumps that have a rotor that can rotate relative to a stator, ie, for example, side channel vacuum pumps, screw vacuum pumps or turbomolecular pumps. The above-mentioned positive properties of ceramic rotor materials have a particularly advantageous effect when the rotor is operated at the high speeds that are customary in turbomolecular pumps. The vacuum pump is therefore preferably a turbomolecular pump and the pumping stage is a turbomolecular pumping stage and/or a Holweck stage. The rotor component made of a ceramic material can therefore form at least part of a bladed turbo rotor and/or at least part of a Holweck rotor sleeve of a turbomolecular pump.

Die Schaufeln des Rotors (bzw. die Holweck-Rotorhülse) befinden sich in geringer räumlicher Entfernung zu verschiedenen Statorbauteilen (z.B. Statorscheiben oder Distanzringen einer Turbopumpstufe bzw. Stegspitzen eines Holweckstators); bei thermischer Ausdehnung des Materials durch Erwärmung besteht hier also die größte Kollisionsgefahr. Zugleich bilden die Schaufeln denjenigen Teil des Rotors, der sich aufgrund von Gasreibung besonders stark erwärmt. Daher ist es bevorzugt, dass das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorscheibe mit einer Vielzahl von Rotorschaufeln ist. Grundsätzlich ist es möglich, nur einzelne Rotorscheiben des Rotors mit Rotorschaufeln aus Keramik auszustatten, während die Rotorschaufeln weiterer, am selben Rotor befindlicher Rotorscheiben aus einem anderen, z.B. metallischen, Material gefertigt sind. Um entlang der axialen Ausdehnung des Rotors ein möglichst gleichmäßiges thermisches Ausdehnungsverhalten zu erreichen, ist es jedoch bevorzugt, dass alle Rotorschaufeln des Rotors aus dem keramischen Material gefertigt sind.The blades of the rotor (or the Holweck rotor sleeve) are located at a short spatial distance from various stator components (e.g. stator discs or spacer rings of a turbo pump stage or web tips of a Holweck stator); in the case of thermal expansion of the material due to heating, this is where the greatest risk of collision exists. At the same time, the blades form the part of the rotor that heats up particularly strongly due to gas friction. It is therefore preferred that the at least one rotor component is a rotor disk with a plurality of rotor blades. In principle, it is possible to equip only individual rotor disks of the rotor with ceramic rotor blades, while the rotor blades of other rotor disks on the same rotor are made of a different, e.g. metallic, material. However, in order to achieve thermal expansion behavior that is as uniform as possible along the axial extent of the rotor, it is preferred that all rotor blades of the rotor are made of the ceramic material.

Die Rotorscheiben können in Form einzelner Scheiben oder als Paket mehrerer Rotorscheiben an der Rotorwelle angebracht sein.The rotor disks can be attached to the rotor shaft in the form of individual disks or as a package of several rotor disks.

Rotorschaufeln und Rotorwelle können aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien gebildet sein. Dabei kann die Rotorwelle aus einem keramischen oder einem nicht-keramischen, insbesondere metallischen, Material hergestellt sein. Wenn die Rotorwelle und alle daran angebrachten Rotorscheiben aus dem gleichen keramischen Material gebildet sind, ergibt sich der Vorteil, dass bei Betriebstemperatur das Auftreten von Spannungen im Rotor aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten vermieden werden kann. Wenn die Rotorwelle und alle daran befindlichen Rotorscheiben zudem einstückig aus dem gleichen keramischen Material gebildet sind, ergibt sich außerdem der Vorteil, dass eine möglichst feste Verbindung zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle erzielt werden kann.Rotor blades and rotor shaft can be formed from the same material or from different materials. In this case, the rotor shaft can be made of a ceramic or a non-ceramic, in particular metallic, material be. If the rotor shaft and all the rotor disks attached to it are made of the same ceramic material, this has the advantage that the occurrence of stresses in the rotor due to different thermal expansion coefficients can be avoided at the operating temperature. If the rotor shaft and all the rotor disks located thereon are also formed in one piece from the same ceramic material, there is also the advantage that the strongest possible connection between the rotor blades and the rotor shaft can be achieved.

Es ist daher bevorzugt, dass das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorscheibe mit einer Vielzahl an Rotorschaufeln ist, alle Rotorscheiben aus dem keramischen Material gefertigt sind, und die Rotorwelle aus einem metallischen Material oder aus dem keramischen Material gebildet ist, wobei der Rotor, in einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform, eine Rotorwelle aus einem metallischen Werkstoff und einzelne Rotorscheiben aus Keramik umfasst, oder, in einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform, eine Rotorwelle aus einem metallischen Werkstoff und ein Rotorscheibenpaket aus Keramik umfasst, oder, in einer dritten besonders bevorzugten Ausführungsform, eine Rotorwelle aus Keramik und einzelne Rotorscheiben aus Keramik umfasst, oder, in einer vierten bevorzugten Ausführungsform, eine Rotorwelle aus Keramik und ein Rotorscheibenpaket aus Keramik umfasst, oder, in einer fünften bevorzugten Ausführungsform, Rotorscheiben und eine Rotorwelle umfasst, die aus einem Stück Keramik gebildet sind.It is therefore preferred that the at least one rotor component is a rotor disk with a plurality of rotor blades, all rotor disks are made of the ceramic material, and the rotor shaft is made of a metallic material or the ceramic material, the rotor, in a first particularly preferred embodiment, a rotor shaft made of a metallic material and individual rotor disks made of ceramics, or, in a second particularly preferred embodiment, a rotor shaft made of a metallic material and a rotor disk stack made of ceramics, or, in a third particularly preferred embodiment, a rotor shaft ceramic and individual rotor disks made of ceramic, or, in a fourth preferred embodiment, a rotor shaft made of ceramic and a rotor disk stack made of ceramic, or, in a fifth preferred embodiment, rotor disks and a rotor shaft, which consists of one piece of ceramic k are formed.

Wenn die Rotorwelle aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, dann ist der hierfür verwendete metallische Werkstoff bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt Aluminium.If the rotor shaft is made of a metallic material, then the metallic material used for this is preferably aluminum or an aluminum alloy, particularly preferably aluminum.

Wie oben erläutert, ermöglichen es die im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Werkstoffen wie Aluminium relativ niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und höheren E-Moduli keramischer Materialien, die Rückströmung entgegen der Pumprichtung zu vermindern, indem ein verengter Spalt zwischen Rotor- und Statorbauteilen vorgesehen wird, ohne dass dadurch das Kollisionsrisiko im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Rotoren ansteigt.As explained above, the relatively low coefficients of thermal expansion and higher moduli of elasticity of ceramic materials compared to conventional metallic materials such as aluminum make it possible to counteract the backflow of the pumping direction by providing a narrower gap between rotor and stator components, without thereby increasing the risk of collision compared to conventional metallic rotors.

Im zusammengesetzten Zustand bei Stillstand der Vakuumpumpe ist daher ein sich in radialer Richtung erstreckender Spalt zwischen dem wenigstens einen Rotorbauteil und dem diesem in radialer Richtung nächstliegenden Statorbauteil bei kleinen Pumpen bevorzugt weniger als 0,75 mm weit, bevorzugter weniger als 0,7 mm, noch bevorzugter weniger als 0,6 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,4 mm, am bevorzugtesten weniger als 0,35 mm, bei mittelgroßen Pumpen bevorzugt weniger als 0,90 mm, bevorzugter weniger als 0,8 mm, noch bevorzugter weniger als 0,7 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,6 mm, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm, am bevorzugtesten weniger als 0,45 mm, und bei großen und sehr großen Pumpen bevorzugt weniger als 1,5 mm, bevorzugter weniger als 1,35 mm, noch bevorzugter weniger als 1,2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1,0 mm, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,9 mm, am bevorzugtesten weniger als 0,8 mm. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorscheibe einer Turbopumpstufe mit einer Vielzahl von Rotorschaufeln und das diesem in radialer Richtung nächstliegende Statorbauteil ein Distanzring der Turbomolekularpumpstufe.In the assembled state when the vacuum pump is at a standstill, a gap extending in the radial direction between the at least one rotor component and the stator component closest to it in the radial direction is therefore preferably less than 0.75 mm wide, more preferably less than 0.7 mm, for small pumps more preferably less than 0.6 mm, more preferably less than 0.5 mm, most preferably less than 0.4 mm, most preferably less than 0.35 mm, for medium sized pumps preferably less than 0.90 mm, more preferably less than 0.8mm, more preferably less than 0.7mm, more preferably less than 0.6mm, most preferably less than 0.5mm, most preferably less than 0.45mm, and preferred for large and very large pumps less than 1.5 mm, more preferably less than 1.35 mm, even more preferably less than 1.2 mm, most preferably less than 1.0 mm, most preferably less than 0.9 mm, most preferably less than 0.8 mm. In particular, in this context, the at least one rotor component is a rotor disk of a turbo pump stage with a multiplicity of rotor blades, and the stator component closest to this in the radial direction is a spacer ring of the turbomolecular pump stage.

Unter einer "kleinen Pumpe" ist in der vorliegenden Offenbarung eine Vakuumpumpe mit einem Rotordurchmesser von weniger als 80 mm, unter einer "mittelgroßen Pumpe" eine Vakuumpumpe mit einem Rotordurchmesser von 80 mm bis 150 mm, unter einer "großen Pumpe" eine Vakuumpumpe mit einem Rotordurchmesser von über 150 mm bis 200 mm, und unter einer "sehr großen Pumpe" eine Vakuumpumpe mit einem Rotordurchmesser von über 200 mm zu verstehen. Die genannten Größen beziehen sich jeweils auf den Außendurchmesser. Bei einem Turborotor beziehen sich die genannten Größen auf den Außendurchmesser der Rotorscheiben.In the present disclosure, "small pump" means a vacuum pump with a rotor diameter of less than 80 mm, "medium-sized pump" means a vacuum pump with a rotor diameter of 80 mm to 150 mm, "large pump" means a vacuum pump with a Rotor diameters of more than 150 mm to 200 mm, and a "very large pump" means a vacuum pump with a rotor diameter of more than 200 mm. The sizes mentioned refer to the outside diameter. At a Turbo rotor, the sizes mentioned refer to the outer diameter of the rotor disks.

Der Ausdruck "bei Stillstand" soll in der vorliegenden Offenbarung bedeuten, dass nicht nur der Rotor stillsteht und keine Rotation (mehr) stattfindet, sondern auch, dass die Pumpe keine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur (mehr) aufweist. Das heißt, der Ausdruck "bei Stillstand der Pumpe" kann zum Beispiel keinen Zustand bezeichnen, in dem der Rotor erst kurz zuvor zum Stillstand gekommen ist und noch seine Betriebstemperatur aufweist.In the present disclosure, the expression “at a standstill” is intended to mean that not only is the rotor standing still and no (any longer) rotation takes place, but also that the pump is not (any longer) at an elevated temperature compared to the ambient temperature. This means that the expression "when the pump is at a standstill" cannot, for example, denote a state in which the rotor has only recently come to a standstill and is still at its operating temperature.

Unabhängig von der Größe der Pumpe bzw. dem Durchmesser des Rotors ist im zusammengesetzten Zustand bei Stillstand der Vakuumpumpe ein sich in radialer Richtung erstreckender Spalt zwischen dem wenigstens einen Rotorbauteil und dem diesem in radialer Richtung nächstliegenden Statorbauteil bevorzugt 10%, bevorzugter 20%, noch bevorzugter 25%, besonders bevorzugt 30%, ganz besonders bevorzugt 40%, am bevorzugtesten 50% weniger weit als der entsprechende Spalt in einer ansonsten baugleichen Vakuumpumpe, in welcher der Rotor auf herkömmliche Weise aus Aluminium gefertigt ist.Regardless of the size of the pump or the diameter of the rotor, in the assembled state when the vacuum pump is at a standstill, a gap extending in the radial direction between the at least one rotor component and the stator component closest to it in the radial direction is preferably 10%, more preferably 20%, even more preferably 25%, particularly preferably 30%, very particularly preferably 40%, most preferably 50% less wide than the corresponding gap in an otherwise structurally identical vacuum pump in which the rotor is conventionally made of aluminum.

Ferner löst die vorliegende Erfindung die zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich um ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung handelt. Erfindungsgemäß ist hierbei die Rotortemperatur, insbesondere die Temperatur der Rotorschaufeln, im Betrieb höher als 90,0 °C, bevorzugt höher als 100 °C, bevorzugter höher als 110°C, noch bevorzugter höher als 120°C, besonders bevorzugt höher als 150°C, ganz besonders bevorzugt höher als 175°C, noch stärker bevorzugt höher als 200°C, am bevorzugtesten höher als 250°C. Aufgrund der hohen Warmfestigkeit und der relativ geringen thermischen Ausdehnung der Keramikmaterialien lassen sich Vakuumpumpen, insbesondere Turbomolekularpumpen, bei höheren Temperaturen betreiben, als dies mit herkömmlichen metallischen Werkstoffen, wie etwa Aluminiumlegierungen, der Fall ist. Hierdurch lässt sich eine Kondensation von Gasen innerhalb der Vakuumpumpe verringern und ein Verschleiß reduzieren.Furthermore, the present invention solves the underlying object by a method according to claim 13, which is a method for operating a vacuum pump according to the present invention. According to the invention, the rotor temperature, in particular the temperature of the rotor blades, during operation is higher than 90.0° C., preferably higher than 100° C., more preferably higher than 110° C., even more preferably higher than 120° C., particularly preferably higher than 150° C, most preferably greater than 175°C, even more preferably greater than 200°C, most preferably greater than 250°C. Due to the high heat resistance and the relatively low thermal expansion of the ceramic materials, vacuum pumps, in particular turbomolecular pumps, can be operated at higher temperatures than with conventional metallic materials, such as Aluminum alloys, the case. As a result, condensation of gases within the vacuum pump can be reduced and wear can be reduced.

Die Rotortemperatur, insbesondere die Temperatur der Rotorschaufeln, kann zudem aufgrund der hohen Warmfestigkeit und der geringen thermischen Ausdehnung der keramischen Materialien die oben aufgeführten, bevorzugten Betriebstemperatur-Untergrenzen auch übersteigen und z.B. höher liegen als 250°C. Grundsätzlich ist dieser Bereich durch die maximale Temperaturbeständigkeit keramischer Materialien begrenzt, aber auch durch die (üblicherweise deutlich niedrigere) Temperaturbeständigkeit anderer, beispielsweise metallischer, Pumpenteile, die sich in der Nähe des Rotors befinden und durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung Wärme vom Rotor aufnehmen können. Die Rotortemperatur, insbesondere die Temperatur der Rotorschaufeln, im Betrieb liegt daher in einem Bereich von weniger als 1000°C, bevorzugt weniger als 750°C, bevorzugter weniger als 600°C, noch bevorzugter weniger als 500°C, besonders bevorzugt weniger als 450°C, ganz besonders bevorzugt weniger als 400°C, noch stärker bevorzugt weniger als 350°C, am bevorzugtesten weniger als 300°C. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur der Rotorschaufeln im Betrieb im Bereich zwischen 110°C und 300°C, insbesondere zwischen 120°C und 300°C liegt.The rotor temperature, in particular the temperature of the rotor blades, can also exceed the preferred lower operating temperature limits listed above and, for example, be higher than 250°C due to the high heat resistance and the low thermal expansion of the ceramic materials. Basically, this range is limited by the maximum temperature resistance of ceramic materials, but also by the (usually significantly lower) temperature resistance of other, for example metallic, pump parts that are located near the rotor and can absorb heat from the rotor through thermal conduction or thermal radiation. The rotor temperature, in particular the temperature of the rotor blades, during operation is therefore in a range of less than 1000° C., preferably less than 750° C., more preferably less than 600° C., even more preferably less than 500° C., particularly preferably less than 450 °C, most preferably less than 400°C, even more preferably less than 350°C, most preferably less than 300°C. It is particularly advantageous if the temperature of the rotor blades is in the range between 110° C. and 300° C., in particular between 120° C. and 300° C., during operation.

Sowohl kleinere als auch größere Vakuumpumpen gemäß der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt mit höheren maximalen Drehzahlen betrieben, als dies bei einer Pumpe mit herkömmlichen metallischen Rotorbauteilen möglich wäre.Both smaller and larger vacuum pumps in accordance with the present invention are preferably operated at higher maximum speeds than would be possible with a pump having conventional metallic rotor components.

In einer sehr großen Vakuumpumpe, in der ein Rotor einen Außendurchmesser von mehr als 200 mm aufweist, wird der Rotor daher bevorzugt mit einer maximalen Drehzahl von mindestens 40.000 U/min, bevorzugter mindestens 45.000 U/min, noch bevorzugter mindestens 50.000 U/min, besonders bevorzugt mindestens 55.000 U/min, ganz besonders bevorzugt mindestens 60.000 U/min, noch stärker bevorzugt mindestens 65.000 U/min, am bevorzugtesten mindestens 70.000 U/min, betrieben.Therefore, in a very large vacuum pump in which a rotor has an outer diameter of more than 200 mm, the rotor is preferably driven at a maximum speed of at least 40,000 rpm, more preferably at least 45,000 rpm, still more preferably at least 50,000 rpm. more preferably at least 55,000 rpm, most preferably at least 60,000 rpm more preferably at least 65,000 rpm, most preferably at least 70,000 rpm.

In einer großen Vakuumpumpe, in der ein Rotor einen Außendurchmesser von über 150 bis 200 mm aufweist, wird der Rotor bevorzugt mit einer maximalen Drehzahl von mindestens 55.000 U/min, bevorzugter mindestens 60.000 U/min, noch bevorzugter mindestens 65.000 U/min, besonders bevorzugt mindestens 70.000 U/min, ganz besonders bevorzugt mindestens 75.000 U/min, noch stärker bevorzugt mindestens 80.000 U/min, am bevorzugtesten mindestens 85.000 U/min, betrieben.In a large vacuum pump in which a rotor has an outer diameter of over 150 to 200 mm, the rotor is preferably rotated at a maximum speed of at least 55,000 rpm, more preferably at least 60,000 rpm, still more preferably at least 65,000 rpm, especially preferably at least 70,000 rpm, more preferably at least 75,000 rpm, even more preferably at least 80,000 rpm, most preferably at least 85,000 rpm.

In einer mittelgroßen Vakuumpumpe, in der ein Rotor einen Außendurchmesser von 80 bis 150 mm aufweist, wird der Rotor bevorzugt mit einer maximalen Drehzahl von mindestens 70.000 U/min, bevorzugter mindestens 80.000 U/min, noch bevorzugter mindestens 90.000 U/min, besonders bevorzugt mindestens 95.000 U/min, ganz besonders bevorzugt mindestens 100.000 U/min, noch stärker bevorzugt mindestens 105.000 U/min, am bevorzugtesten mindestens 110.000 U/min, betrieben.In a medium-sized vacuum pump in which a rotor has an outer diameter of 80 to 150 mm, the rotor is preferably rotated at a maximum speed of at least 70,000 rpm, more preferably at least 80,000 rpm, still more preferably at least 90,000 rpm, particularly preferably at least 95,000 rpm, more preferably at least 100,000 rpm, even more preferably at least 105,000 rpm, most preferably at least 110,000 rpm.

In einer kleinen Vakuumpumpe, in der ein Rotor einen Außendurchmesser von weniger als 80 mm aufweist, wird der Rotor bevorzugt mit einer maximalen Drehzahl von mindestens 95.000 U/min, bevorzugter mindestens 100.000 U/min, noch bevorzugter mindestens 110.000 U/min, besonders bevorzugt mindestens 120.000 U/min, ganz besonders bevorzugt mindestens 130.000 U/min, noch stärker bevorzugt mindestens 140.000 U/min, am bevorzugtesten mindestens 150.000 U/min, betrieben.In a small vacuum pump in which a rotor has an outer diameter of less than 80 mm, the rotor is preferably particularly preferably with a maximum speed of at least 95,000 rpm, more preferably at least 100,000 rpm, even more preferably at least 110,000 rpm at least 120,000 rpm, more preferably at least 130,000 rpm, even more preferably at least 140,000 rpm, most preferably at least 150,000 rpm.

Unabhängig von der Größe der Pumpe bzw. dem Durchmesser des Rotors ist im Betrieb der Vakuumpumpe eine maximale Drehzahl des Rotors bevorzugt 10%, bevorzugter 20%, noch bevorzugter 30%, besonders bevorzugt 40%, ganz besonders bevorzugt 50%, noch stärker bevorzugt 60%, am bevorzugtesten 70% höher als die entsprechende maximale Drehzahl in einer ansonsten baugleichen Vakuumpumpe, in welcher der Rotor auf herkömmliche Weise aus Aluminium gefertigt ist.Regardless of the size of the pump or the diameter of the rotor, a maximum speed of the rotor during operation of the vacuum pump is preferably 10%, more preferably 20%, even more preferably 30%, particularly preferably 40%, very particularly preferably 50%, even more preferably 60%, most preferably 70% higher than the corresponding maximum speed in an otherwise structurally identical vacuum pump in which the rotor is conventionally made of aluminum.

Die höhere Drehzahl verbessert sowohl das Saugvermögen als auch das Kompressionsverhältnis der Pumpe. Die damit einhergehende höhere Reibleistung und stärkere Erwärmung des Rotors hat aufgrund der höheren Warmfestigkeit und der niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten der keramischen Materialien nicht nur keine nachteiligen Wirkungen, sondern führt sogar zu dem oben erwähnten Vorteil, dass durch die höhere Betriebstemperatur die Kondensation von Gasen im Pumpeninneren reduziert wird.The higher speed improves both the pumping speed and the compression ratio of the pump. Due to the higher heat resistance and the lower thermal expansion coefficients of the ceramic materials, the associated higher friction and increased heating of the rotor not only has no disadvantageous effects, but also leads to the above-mentioned advantage that the higher operating temperature reduces the condensation of gases inside the pump becomes.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren und Beispielen angegeben. Es versteht sich, dass die beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen und Aspekte beliebig miteinander kombinierbar sind, sofern keine technischen Gründe dagegen sprechen.Advantageous embodiments and aspects of the invention are specified in the dependent claims, the following description and the figures and examples. It goes without saying that the advantageous embodiments and aspects described can be combined with one another as desired, provided there are no technical reasons to the contrary.

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,
The invention is described below by way of example using advantageous embodiments with reference to the attached figures. They show, each schematically:
1
a perspective view of a turbomolecular pump,
2
a view of the bottom of the turbo molecular pump from 1 ,
3
a cross-section of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line AA,
4
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line BB,
figure 5
a cross-sectional view of the turbomolecular pump along the in 2 shown cutting line CC,

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.In the 1 The turbomolecular pump 111 shown comprises a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113, to which a recipient, not shown, can be connected in a manner known per se. The gas from the recipient can be sucked out of the recipient via the pump inlet 115 and conveyed through the pump to a pump outlet 117 to which a backing pump, such as a rotary vane pump, can be connected.

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.The inlet flange 113 forms when the vacuum pump is aligned according to FIG
1 the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111. The housing 119 comprises a lower part 121 on which an electronics housing 123 is arranged laterally. Electrical and/or electronic components of the vacuum pump 111 are accommodated in the electronics housing 123, for example for operating an electric motor 125 arranged in the vacuum pump (cf. also 3 ). Several connections 127 for accessories are provided on the electronics housing 123 . In addition, a data interface 129, for example according to the RS485 standard, and a power supply connection 131 are arranged on the electronics housing 123.

Es existieren auch Turbomolekularpumpen, die kein derartiges angebrachtes Elektronikgehäuse aufweisen, sondern an eine externe Antriebselektronik angeschlossen werden.There are also turbomolecular pumps that do not have such an attached electronics housing, but are connected to external drive electronics.

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.A flood inlet 133, in particular in the form of a flood valve, is provided on the housing 119 of the turbomolecular pump 111, via which the vacuum pump 111 can be flooded. In the area of the lower part 121 there is also a sealing gas connection 135, which is also referred to as a flushing gas connection, through which flushing gas to protect the electric motor 125 (see e.g 3 ) before the pumped gas in the motor compartment 137, in which the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111, can be admitted. Two coolant connections 139 are also arranged in the lower part 121, one of the coolant connections being provided as an inlet and the other coolant connection being provided as an outlet for coolant, which can be conducted into the vacuum pump for cooling purposes. Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown) operate solely on air cooling.

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.The lower side 141 of the vacuum pump can serve as a standing surface, so that the vacuum pump 111 can be operated standing on the underside 141 . However, the vacuum pump 111 can also be fastened to a recipient via the inlet flange 113 and can thus be operated in a suspended manner, as it were. In addition, the vacuum pump 111 can be designed in such a way that it can also be operated when it is oriented in a different way than in FIG 1 is shown. It is also possible to realize embodiments of the vacuum pump in which the underside 141 cannot be arranged facing downwards but to the side or directed upwards. In principle, any angles are possible.

Andere existierende Turbomolekularvakuumpumpen (nicht dargestellt), die insbesondere größer sind als die hier dargestellte Pumpe, können nicht stehend betrieben werden.Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here, cannot be operated standing.

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.At the bottom 141, the in 2 is shown, various screws 143 are also arranged, by means of which components of the vacuum pump that are not further specified here are attached to each other. For example, a bearing cap 145 is attached to the underside 141 .

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 addition, fastening bores 147 are arranged on the underside 141, via which the pump 111 can be fastened, for example, to a support surface. This is not possible with other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which in particular are larger than the pump shown here.

In den Figuren 2 bis 5 ist eine Kühlmittelleitung 148 dargestellt, in welcher das über die Kühlmittelanschlüsse 139 ein- und ausgeleitete Kühlmittel zirkulieren kann.In the Figures 2 to 5 a coolant line 148 is shown, in which the coolant fed in and out via the coolant connections 139 can circulate.

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.Like the sectional views of the Figures 3 to 5 show, the vacuum pump comprises several process gas pump stages for conveying the process gas present at the pump inlet 115 to the pump outlet 117.

In dem Gehäuse 119 ist ein Rotor 149 angeordnet, der eine um eine Rotationsachse 151 drehbare Rotorwelle 153 aufweist. Erfindungsgemäß umfasst der Rotor wenigstens ein Rotorbauteil, welches aus einem keramischen Material gefertigt ist.A rotor 149 is arranged in the housing 119 and has a rotor shaft 153 which can be rotated about an axis of rotation 151 . According to the invention, the rotor comprises at least one rotor component which is made from a ceramic material.

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. Jede der radialen Rotorscheiben 155 kann aus einer Vielzahl an Rotorschaufeln 55 bestehen, die an der Rotorwelle 153 angebracht sind oder einstückig mit der Rotorwelle 153 ausgebildet sind.The turbomolecular pump 111 comprises a plurality of turbomolecular pumping stages connected in series with one another in a pumping manner, with a plurality of radial rotor disks 155 fastened to the rotor shaft 153 and stator disks 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed in the housing 119. A rotor disk 155 and an adjacent stator disk 157 each form a turbomolecular pump stage. The stator discs 157 are held at a desired axial distance from one another by spacer rings 159 . Each of the radial rotor disks 155 can consist of a plurality of rotor blades 55, attached to the rotor shaft 153 or formed integrally with the rotor shaft 153.

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.The vacuum pump also comprises Holweck pump stages which are arranged one inside the other in the radial direction and are connected in series with one another for pumping purposes. Other turbomolecular vacuum pumps (not shown) exist that do not have Holweck pumping stages.

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.The rotor of the Holweck pump stages comprises a rotor hub 161 arranged on the rotor shaft 153 and two Holweck rotor sleeves 163, 165 in the shape of a cylinder jacket, fastened to the rotor hub 161 and carried by it, which are oriented coaxially to the axis of rotation 151 and are nested in one another in the radial direction. Also provided are two cylinder jacket-shaped Holweck stator sleeves 167, 169, which are also oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are nested in one another when viewed in the radial direction.

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.The pumping-active surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, ie by the radial inner and/or outer surfaces, of the Holweck rotor sleeves 163, 165 and the Holweck stator sleeves 167, 169. The radial inner surface of the outer Holweck stator sleeve 167 lies opposite the radial outer surface of the outer Holweck rotor sleeve 163, forming a radial Holweck gap 171 and forming with it the first Holweck pump stage following the turbomolecular pumps. The radially inner surface of the outer Holweck rotor sleeve 163 faces the radially outer surface of the inner Holweck stator sleeve 169 to form a radial Holweck gap 173 and therewith forms a second Holweck pumping stage. The radially inner surface of the inner Holweck stator sleeve 169 faces the radially outer surface of the inner Holweck rotor sleeve 165 to form a radial Holweck gap 175 and therewith forms the third Holweck pumping stage.

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.At the lower end of the Holweck rotor sleeve 163, a radially running channel can be provided, via which the radially outer Holweck gap 171 is connected to the middle Holweck gap 173. In addition, a radially extending channel can be provided at the upper end of the inner Holweck stator sleeve 169, via which the middle Holweck gap 173 is connected to the radially inner Holweck gap 175. As a result, the nested Holweck pump stages are connected in series with one another. Furthermore, a connecting channel 179 to the outlet 117 can be provided at the lower end of the radially inner Holweck rotor sleeve 165 .

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.The above-mentioned pumping-active surfaces of the Holweck stator sleeves 167, 169 each have a plurality of Holweck grooves running in a spiral shape around the axis of rotation 151 in the axial direction, while the opposite lateral surfaces of the Holweck rotor sleeves 163, 165 are smooth and the gas for operating the Advance vacuum pump 111 in the Holweck grooves.

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.A roller bearing 181 in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet bearing 183 in the region of the pump inlet 115 are provided for the rotatable mounting of the rotor shaft 153 .

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.In the area of the roller bearing 181 , a conical spray nut 185 is provided on the rotor shaft 153 with an outer diameter that increases toward the roller bearing 181 . The injection nut 185 is in sliding contact with at least one stripper of an operating fluid store. In other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), an injection screw may be provided instead of an injection nut. Since different designs are thus possible, the term "spray tip" is also used in this context.

Der Betriebsmittelspeicher umfasst mehrere aufeinander gestapelte saugfähige Scheiben 187, die mit einem Betriebsmittel für das Wälzlager 181, z.B. mit einem Schmiermittel, getränkt sind.The resource reservoir comprises a plurality of absorbent discs 187 stacked on top of one another, which are impregnated with a resource for the roller bearing 181, e.g. with a lubricant.

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.During operation of vacuum pump 111, the operating fluid is transferred by capillary action from the operating fluid reservoir via the scraper to the rotating spray nut 185 and, as a result of the centrifugal force, is conveyed along the spray nut 185 in the direction of the increasing outer diameter of the spray nut 185 to the roller bearing 181, where it e.g. fulfills a lubricating function. The roller bearing 181 and the operating fluid reservoir are surrounded by a trough-shaped insert 189 and the bearing cover 145 in the vacuum pump.

Das Permanentmagnetlager 183 umfasst eine rotorseitige Lagerhälfte 191 und eine statorseitige Lagerhälfte 193, welche jeweils einen Ringstapel aus mehreren in axialer Richtung aufeinander gestapelten permanentmagnetischen Ringen 195, 197 umfassen. Die Ringmagnete 195, 197 liegen einander unter Ausbildung eines radialen Lagerspalts 199 gegenüber, wobei die rotorseitigen Ringmagnete 195 radial außen und die statorseitigen Ringmagnete 197 radial innen angeordnet sind. Das in dem Lagerspalt 199 vorhandene magnetische Feld ruft magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Ringmagneten 195, 197 hervor, welche eine radiale Lagerung der Rotorwelle 153 bewirken. Die rotorseitigen Ringmagnete 195 sind von einem Trägerabschnitt 201 der Rotorwelle 153 getragen, welcher die Ringmagnete 195 radial außenseitig umgibt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind von einem statorseitigen Trägerabschnitt 203 getragen, welcher sich durch die Ringmagnete 197 hindurch erstreckt und an radialen Streben 205 des Gehäuses 119 aufgehängt ist. Parallel zu der Rotationsachse 151 sind die rotorseitigen Ringmagnete 195 durch ein mit dem Trägerabschnitt 201 gekoppeltes Deckelelement 207 festgelegt. Die statorseitigen Ringmagnete 197 sind parallel zu der Rotationsachse 151 in der einen Richtung durch einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 209 sowie einen mit dem Trägerabschnitt 203 verbundenen Befestigungsring 211 festgelegt. Zwischen dem Befestigungsring 211 und den Ringmagneten 197 kann außerdem eine Tellerfeder 213 vorgesehen sein.The permanent magnet bearing 183 comprises a bearing half 191 on the rotor side and a bearing half 193 on the stator side, which each comprise a ring stack of a plurality of permanent magnetic rings 195, 197 stacked on top of one another in the axial direction. The ring magnets 195, 197 lie opposite one another, forming a radial bearing gap 199, the ring magnets 195 on the rotor side being arranged radially on the outside and the ring magnets 197 on the stator side being arranged radially on the inside. The magnetic field present in the bearing gap 199 produces magnetic repulsive forces between the ring magnets 195, 197, which cause the rotor shaft 153 to be supported radially. The ring magnets 195 on the rotor side are carried by a support section 201 of the rotor shaft 153, which radially surrounds the ring magnets 195 on the outside. The ring magnets 197 on the stator side are carried by a support section 203 on the stator side, which extends through the ring magnets 197 and is suspended on radial struts 205 of the housing 119 . The ring magnets 195 on the rotor side are fixed parallel to the axis of rotation 151 by a cover element 207 coupled to the carrier section 201 . The stator-side ring magnets 197 are parallel to the axis of rotation 151 in one direction by a fixing ring 209 connected to the support portion 203 and a fixed ring 209 connected to the support portion 203 Fixing ring 211 fixed. A disc spring 213 can also be provided between the fastening ring 211 and the ring magnet 197 .

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.An emergency or safety bearing 215 is provided within the magnetic bearing, which runs idle without contact during normal operation of the vacuum pump 111 and only engages in the event of an excessive radial deflection of the rotor 149 relative to the stator, in order to create a radial stop for the rotor 149 to form, so that a collision of the rotor-side structures is prevented with the stator-side structures. The backup bearing 215 is designed as an unlubricated roller bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and/or the stator, which causes the backup bearing 215 to be disengaged during normal pumping operation. The radial deflection at which the backup bearing 215 engages is dimensioned large enough so that the backup bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump, and at the same time small enough so that the rotor-side structures collide with the stator-side structures under all circumstances is prevented.

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.The vacuum pump 111 includes the electric motor 125 for rotating the rotor 149. The armature of the electric motor 125 is formed by the rotor 149, the rotor shaft 153 of which extends through the motor stator 217. A permanent magnet arrangement can be arranged radially on the outside or embedded on the section of the rotor shaft 153 that extends through the motor stator 217 . Between the motor stator 217 and the section of the rotor 149 extending through the motor stator 217 there is an intermediate space 219 which includes a radial motor gap via which the motor stator 217 and the permanent magnet arrangement can influence each other magnetically for the transmission of the drive torque.

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.The motor stator 217 is fixed in the housing inside the motor room 137 provided for the electric motor 125 . A sealing gas, which is also referred to as flushing gas and which can be air or nitrogen, for example, can get into the engine compartment 137 via the sealing gas connection 135 . The sealing gas can protect the electric motor 125 from process gas, e.g. from corrosive components of the process gas. The engine compartment 137 can also be evacuated via the pump outlet 117, i.e. the vacuum pressure produced by the backing pump connected to the pump outlet 117 prevails in the engine compartment 137 at least approximately.

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.What is known as a labyrinth seal 223 can also be provided between the rotor hub 161 and a wall 221 delimiting the motor compartment 137, in particular in order to achieve better sealing of the motor compartment 217 in relation to the Holweck pump stages located radially outside.

BezugszeichenlisteReference List

5555
Rotorschaufelrotor blade
111111
Turbomolekularpumpeturbomolecular pump
113113
Einlassflanschinlet flange
115115
Pumpeneinlasspump inlet
117117
Pumpenauslasspump outlet
119119
GehäuseHousing
121121
Unterteillower part
123123
Elektronikgehäuseelectronics housing
125125
Elektromotorelectric motor
127127
Zubehöranschlussaccessory port
129129
Datenschnittstelledata interface
131131
Stromversorgungsanschlusspower connector
133133
Fluteinlassflood inlet
135135
Sperrgasanschlusssealing gas connection
137137
Motorraumengine compartment
139139
Kühlmittelanschlusscoolant connection
141141
Unterseitebottom
143143
Schraubescrew
145145
Lagerdeckelbearing cap
147147
Befestigungsbohrungmounting hole
148148
Kühlmittelleitungcoolant line
149149
Rotorrotor
151151
Rotationsachseaxis of rotation
153153
Rotorwellerotor shaft
155155
Rotorscheiberotor disk
157157
Statorscheibestator disc
159159
Abstandsringspacer ring
161161
Rotornaberotor hub
163163
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
165165
Holweck-RotorhülseHolweck rotor sleeve
167167
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
169169
Holweck-StatorhülseHolweck stator sleeve
171171
Holweck-SpaltHolweck fissure
173173
Holweck-SpaltHolweck fissure
175175
Holweck-SpaltHolweck fissure
179179
Verbindungskanalconnecting channel
181181
Wälzlagerroller bearing
183183
Permanentmagnetlagerpermanent magnet bearing
185185
Spritzmutterinjection nut
187187
Scheibedisc
189189
EinsatzMission
191191
rotorseitige Lagerhälfterotor-side bearing half
193193
statorseitige Lagerhälftestator bearing half
195195
Ringmagnetring magnet
197197
Ringmagnetring magnet
199199
Lagerspaltbearing gap
201201
Trägerabschnittcarrier section
203203
Trägerabschnittcarrier section
205205
radiale Streberadial strut
207207
Deckelelementcover element
209209
Stützringsupport ring
211211
Befestigungsringmounting ring
213213
Tellerfederdisc spring
215215
Not- bzw. FanglagerEmergency or catch camp
217217
Motorstatormotor stator
219219
Zwischenraumspace
221221
Wandungwall
223223
Labyrinthdichtunglabyrinth seal

Claims (15)

Vakuumpumpe, insbesondere Turbomolekularpumpe, mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotie¬ren-den, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst,
wobei der Rotor wenigstens ein Rotorbauteil umfasst, welches aus einem keramischen Material gefertigt ist.Vacuum pump, in particular turbomolecular pump, with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts with the stator in a pumping manner,
wherein the rotor comprises at least one rotor component made of a ceramic material. Vakuumpumpe nach Anspruch 1,
wobei das keramische Material eine Nichtoxidkeramik ist, insbesondere ein Nitrid, ein Carbid, ein Borid oder eine Mischung von zweien oder mehreren derselben.Vacuum pump according to claim 1,
wherein the ceramic material is a non-oxide ceramic, in particular a nitride, a carbide, a boride or a mixture of two or more thereof. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das keramische Material Aluminiumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder eine Mischung von zweien oder mehreren derselben ist, insbesondere Aluminiumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumcarbid oder eine Mischung von zweien oder mehreren derselben.Vacuum pump according to claim 1 or 2,
wherein the ceramic material is aluminum nitride, boron carbide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride or a mixture of two or more thereof, in particular aluminum nitride, boron carbide, boron nitride, silicon carbide or a mixture of two or more thereof. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das keramische Material Siliciumcarbid ist.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the ceramic material is silicon carbide. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das keramische Material im Temperaturbereich von -50°C bis +400°C einen thermischen Längenausdehnungskoeffizient α von 10·10-6 K-1 oder weniger, bevorzugt von 7,5·10-6 K-1 oder weniger, bevorzugter von 5·10-6 K-1 oder weniger aufweist.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the ceramic material has a thermal linear expansion coefficient α of 10·10 -6 K -1 in the temperature range from -50°C to +400°C or less, preferably 7.5×10 -6 K -1 or less, more preferably 5×10 -6 K -1 or less. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche ,
wobei die Vakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe und die Pumpstufe eine Turbopumpstufe und/oder eine Holweckstufe ist.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the vacuum pump is a turbomolecular pump and the pumping stage is a turbo pumping stage and/or a Holweck stage. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche ,
wobei das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorscheibe mit einer Vielzahl an Rotorschaufeln ist, und insbesondere alle Rotorscheiben des Rotors aus dem keramischen Material gefertigt sind.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the at least one rotor component is a rotor disk with a multiplicity of rotor blades, and in particular all rotor disks of the rotor are made of the ceramic material. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das wenigstens eine Rotorbauteil eine Mehrzahl an Rotorscheiben mit einer Vielzahl an Rotorschaufeln ist, und alle Rotorscheiben des Rotors aus dem keramischen Material gefertigt sind, wobei die Rotorscheiben als einzelne Rotorscheiben oder als Rotorscheibenpaket ausgeführt sind, und die Rotorwelle aus einem metallischen Material oder aus dem keramischen Material gebildet ist, wobei das metallische Material insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the at least one rotor component is a plurality of rotor disks with a large number of rotor blades, and all rotor disks of the rotor are made of the ceramic material, wherein the rotor disks are designed as individual rotor disks or as a rotor disk stack, and the rotor shaft is made of a metallic material or of the Ceramic material is formed, wherein the metallic material is in particular aluminum or an aluminum alloy. Vakuumpumpe nach Anspruch 8,
wobei der Rotor: einzelne Rotorscheiben an einer Rotorwelle aus dem metallischen Material umfasst; oder ein Rotorscheibenpaket an einer Rotorwelle aus dem metallischen Material umfasst; oder einzelne Rotorscheiben an einer Rotorwelle aus dem keramischen Material umfasst; oder ein Rotorscheibenpaket an einer Rotorwelle aus dem keramischen Material umfasst; oder Rotorscheiben und eine Rotorwelle umfasst, die aus einem Stück Keramik gebildet sind.Vacuum pump according to claim 8,
wherein the rotor: comprises individual rotor disks on a rotor shaft made of the metallic material; or comprises a rotor disk pack on a rotor shaft made of the metallic material; or comprises individual rotor discs on a rotor shaft made of the ceramic material; or a rotor disk pack on a rotor shaft made of the ceramic material; or comprises rotor discs and a rotor shaft formed from one piece of ceramic. Vakuumpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Stator wenigstens ein Statorbauteil umfasst und wobei, im zusammengesetzten Zustand bei Stillstand der Vakuumpumpe, ein sich in radialer Richtung erstreckender Spalt zwischen dem wenigstens einen Rotorbauteil und dem diesem in radialer Richtung nächstliegenden Statorbauteil weniger als 0,75 mm, bevorzugt weniger als 0,60 mm weit ist, wenn der Rotordurchmesser weniger als 80 mm beträgt; weniger als 0,90 mm, bevorzugt weniger als 0,70 mm weit ist, wenn der Rotordurchmesser 80 mm bis 150 mm beträgt; und weniger als 1,50 mm, bevorzugt weniger als 1,20 mm weit ist, wenn der Rotordurchmesser mehr als 150 mm beträgt.Vacuum pump according to one of the preceding claims,
wherein the stator comprises at least one stator component and wherein, in the assembled state when the vacuum pump is at a standstill, a gap extending in the radial direction between the at least one rotor component and the stator component closest to it in the radial direction is less than 0.75 mm, preferably less than 0. 60mm wide when the rotor diameter is less than 80mm; less than 0.90 mm, preferably less than 0.70 mm wide when the rotor diameter is 80 mm to 150 mm; and less than 1.50 mm, preferably less than 1.20 mm wide when the rotor diameter is more than 150 mm. Vakuumpumpe nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorscheibe einer Turbopumpstufe mit einer Vielzahl von Rotorschaufeln und das diesem in radialer Richtung nächstliegende Statorbauteil ein Distanzring der Turbopumpstufe ist.Vacuum pump according to claim 10, wherein the at least one rotor component is a rotor disk of a turbo pump stage with a plurality of rotor blades and the stator component closest to this in the radial direction is a spacer ring of the turbo pump stage. Vakuumpumpe nach Anspruch 10 oder 11, wobei das wenigstens eine Rotorbauteil eine Rotorhülse einer Holweck-Stufe und das diesem in radialer Richtung nächstliegende Statorbauteil ein Holweck-Stator ist.Vacuum pump according to claim 10 or 11, wherein the at least one rotor component is a rotor sleeve of a Holweck stage and the stator component closest to it in the radial direction is a Holweck stator. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe mit einem Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten Pumpstufe, die einen Stator und einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Drehachse rotie¬renden, mit dem Stator pumpwirksam zusammenwirkenden Rotor umfasst, insbesondere einer Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Temperatur des Rotors während des Betriebs höher als 90,0 °C, bevorzugt höher als 100 °C, bevorzugter höher als 110 °C, noch bevorzugter höher als 120 °C ist.Method for operating a vacuum pump with a housing and at least one pump stage arranged in the housing, which comprises a stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and interacts effectively with the stator in a pumping manner, in particular a vacuum pump according to one of claims 1 to 12, wherein the temperature of the rotor during operation is higher than 90.0°C, preferably higher than 100°C, more preferably higher than 110°C, even more preferably higher than 120°C. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei der Rotor: mit einer Drehzahl von mindestens 45.000 U/min, bevorzugt mindestens 50.000 U/min betrieben wird, wenn er einen Außendurchmesser von mehr als 200 mm aufweist; mit einer Drehzahl von mindestens 60.000 U/min, bevorzugt mindestens 70.000 U/min betrieben wird, wenn er einen Außendurchmesser von über 150 mm bis 200 mm aufweist; mit einer Drehzahl von mindestens 80.000 U/min, bevorzugt mindestens 90.000 U/min betrieben wird, wenn er einen Außendurchmesser von 80 mm bis 150 mm aufweist; oder mit einer Drehzahl von mindestens 100.000 U/min, bevorzugt mindestens 120.000 U/min betrieben wird, wenn er einen Außendurchmesser von unter 80 mm aufweist.Method for operating a vacuum pump according to one of Claims 1 to 12,
wherein the rotor: is operated at a speed of at least 45,000 rpm, preferably at least 50,000 rpm if it has an outer diameter of more than 200 mm; is operated at a speed of at least 60,000 rpm, preferably at least 70,000 rpm, if it has an outer diameter of more than 150 mm to 200 mm; is operated at a speed of at least 80,000 rpm, preferably at least 90,000 rpm, if it has an outer diameter of 80 mm to 150 mm; or is operated at a speed of at least 100,000 rpm, preferably at least 120,000 rpm, if it has an outer diameter of less than 80 mm. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei die Temperatur des Rotors während des Betriebs höher als 90,0 °C, bevorzugt höher als 100 °C, bevorzugter höher als 110 °C, noch bevorzugter höher als 120 °C ist.Method according to claim 14,
wherein the temperature of the rotor during operation is higher than 90.0°C, preferably higher than 100°C, more preferably higher than 110°C, even more preferably higher than 120°C.
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